静动力边界转换及其合理性验证方法的研究

繁琐复杂的静动力边界转换处理是进行静动力耦合模拟的关键步骤,为了研究黏弹性边界条件下传统静动力边界转换的合理性及其验证方法的适用性,本文首先根据弹性叠加原理提出了一种验证静动力耦合模拟分析中静动力边界转换合理性的方法（参考解法）;然后基于有限元软件ABAQUS,并结合自行研发的适用于成层介质的黏弹性边界施加和等效节点力计算程序VBEA2.0,对多土层自由场静动力耦合模型和土-地下结构静动力耦合模型进行了地震反应分析,对参考解法的适用性进行了探究;最后使用本文提出的参考解法,对一种典型的未进行合理静动力边界转换的自由场模型进行了分析,探讨了静动力边界转换产生振荡的原因和机理。研究结果表明：用于验证静动力边界转换合理性的参考解法,既适用于多土层自由场静动力耦合计算模型,又适用于土-结构相互作用的静动力耦合模型;静动力边界转换后产?生的振荡是静动力耦合计算模型静力不平衡所导致,一般是因为未合理施加边界反力或单元应力。     

并联剪力墙地震反应分析的样条函数方法

本文根据并联剪力墙振型分解的地震反应控制微分方程，构造三次样条基函数，用样条函数方法对并联剪力墙进行地震反应时程分析，建立样条最小二乘法和样条伽辽金法的时程分析计算格式，本文方法所建立的动力刚度矩阵的半带宽仅为4，计算简便，易于编程，是一个简便，有效的分析方法。     

多肢剪力墙自振频率传递矩阵法简化计算

基于连续体系模型与传递矩阵法的结合,提出了一种简化方法来计算多肢剪力墙的动力特性。整个结构体系等效模拟为一个夹层结构梁;建立了相应的基本微分方程;通过求解微分方程得到了楼层间变形函数;利用边界条件及层间变形函数导出了层间传递矩阵;据此计算出了体系的振型与自振频率。算例分析表明本文方法计算结果与文献给出的解是比较吻合的。     

越洋海啸的数值模拟

破坏性海啸基本上都是越洋海啸,如1960年智利海啸、2004年苏门答腊海啸。越洋海啸的传播机制与近场海啸不同,进行数值模拟所采用的数学模型也不同。本文分析比较Boussinesq方程和线性浅水方程,选用后者作为进行越洋海啸数值模拟的数学模型,基于有限差分法,运用蛙跃格式求解微分方程。以2004年苏门答腊海啸作为算例,把计算结果与NOAA和NGDC的计算结果进行对比,验证本文的数学模型和计算方法的可靠性,为以后进一步的海啸危险性分析和海啸预警等研究工作提供技术支持。     

LCR—G／D重力仪静电反馈装置转换参数的确定

装配了静电反馈装置的ＬＣＲ－Ｇ／Ｄ型重力仪是目前世界上观测精度最好的相对重力仪，静电反馈装置的转换参数确定正得正确与否是影响观测精度的重要因素之一。本文在研究了转换参数数学模型及精度的基础上，介绍了它的标定方法和计算方法，并根据ＬＣＲ－Ｇ－７９３、Ｇ－８５４两台仪器的标定结果，分析了转换参数的变化特征及影响标定精度的诸多因素，最后提出了标定和使用转换参数的注意事项。     

盆地模拟水动力油气二次运移隐式多重网格法

本文提出一种高效率求解油气二次运移的方法,以水动力为油气运移模型,采用多重网格加速方法．典型油气二次运移的计算表明：该多重网格加速方法极大地提高了求解油气二次运移的偏微分方程速度,其计算工作量为O（N）（N为网格节点数）,解的收敛速度与网格尺度无关,当网格密度增加时,仍能保证偏微分方程解的稳定性．本文在数值模拟之后,对东营凹陷的实际资料进行了处理,其计算结果表明本文提出的多重网格方法对油气运移的计算有良好的实用意义．     

盆地模拟水动力油气二次运移隐式多重网格法

本文提出一种高效率求解油气二次运移的方法,以水动力为油气运移模型,采用多重网格加速方法．典型油气二次运移的计算表明：该多重网格加速方法极大地提高了求解油气二次运移的偏微分方程速度,其计算工作量为O（N）（N为网格节点数）,解的收敛速度与网格尺度无关,当网格密度增加时,仍能保证偏微分方程解的稳定性．本文在数值模拟之后,对东营凹陷的实际资料进行了处理,其计算结果表明本文提出的多重网格方法对油气运移的计算有良好的实用意义．     

随机阻尼对结构抗风抗震动力响应的影响

本文讨论了结构系统阻尼的随机性,运用运动微分方程和二阶摄动地具有随机阻尼的结构系统在地震荷载作用下的动力响应进行了计算,给出随机阻尼对结构响应的影响。结果表明,随机阻尼对结构的位移、速度和加速度的物确存在,特别是阻尼的变异系数较大对结构的动力响应影响更为明显,应引起结构设计者的足够重视。     

地球质心偏移与动力学解释

根据马宗晋等人的工作结果，现今全球构造特征在球坐标系内表现出构造形态、物理场背景和动力学状态等多方面半球级的反对称关系（南／北，０°／１８０°）．地震层析深测到的地幔结构显示的热心南偏和质心北偏可能是地球南北反对称的动力基础。本文建立了南北半球反对称密度分布的数学模型，计算结果表明，地壳地僵南北半球的密度不均匀分布可使地核偏离地球质心１－３ｋｍ，完全符合张焕志１９８２年的计算结果。太阳风可能是地球质心偏移的初始动力。     

地球质心偏移与各圈层形变

地幔结构的地震层析图象显示热心南偏和质心北偏可能是地球南北反对称的动力基础。建立了南北半球密度反对移分布的数学模型，计算结果表明：地壳地幔南北半球的密度不均匀人分布可使地核偏离地球质心１－３公里，完全符合张焕志１９８２年计算结果。     

动力基础系统非线性力学模型

采用定参理想集总参数计算体系，以动力基础非线性动力学模型和非线性广义刚度函数的概念为基础，将动力基础模型从竖向非线性振动推广至水平非线性振动、扭转非线性振动以及水平-回转二自由度耦合非线性振动和竖向-水平-回转三自由度非线性耦合振动，建立了动力基础非线性动力学模型的一般表达式，为动力基础非线性设计提供了理论。     

基于非结构化网格的边界积分方程方法的断层自发破裂模拟

地震自发破裂模拟是震源动力学研究的重要内容,了解复杂的断层动力学破裂过程对深入认识震源特征和解释运动学反演结果具有重要意义.基于边界积分方程方法的破裂模拟已经被广泛使用,大多采用的是平面断层模型的结构化网格划分.由于实际的断层往往具有较为复杂的几何特征,为了更为灵活地刻画断层几何复杂性,我们建立断层模型的三角形网格离散方案,通过精确的解析解形式来计算断层各个单元之间的应力格林函数,联立滑动弱化摩擦准则和非奇异边界积分方程,对断层的自发破裂过程进行了模拟.在简单的平面断层模型下,将计算结果与前人的结果进行了对比,验证了方法的正确性与有效性.对于几种常见的复杂断层模型,例如弯折、阶跃、含障碍体断层等,我们模拟了其破裂过程并对计算结果进行了比较与分析.模拟结果表明,非结构化网格划分的边界积分方程方法能够很好地模拟平面矩形断层或由其组成的规则断层,同时也能成功地模拟具有复杂几何形状的不规则断层上的动力学破裂过程.本研究的结果显示了边界积分方程方法在模拟复杂断层系统的动力学破裂问题上具有较广阔的应用前景.

     

Analysis of tubular steel bridge piers

A one‐dimensional model is proposed for the static and dynamic analysis of tubular steel bridge piers subjected to strong ground motions. The present formulation does not require experimental results nor shell analysis to obtain the constitutive equation of the model, which shows strength deterioration. The material properties and dimensions of bridge piers are required for static and dynamic analysis of the present model. The present analysis consists of two steps. The first step is to obtain the stress and strain relationship of the base plastic‐hinge region, where local inelastic buckling is observed. The modified Shanley's model and fiber elements are used to establish the compressive skeleton curve. The strength deterioration is taken into account in the resulting constitutive model. The second step is to analyze static and dynamic responses of tubular steel bridge piers. For overall analysis, the base plastic‐hinge region is discretized in the circumferential direction by using fiber elements whose constitutive equation was obtained in the first step. The validity of the present model has been confirmed through comparisons with existing experimental results. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.     

Dynamic analysis of structures with Maxwell model

A numerical method has been developed for the dynamic analysis of a tall building structure with viscous dampers. Viscous dampers are installed between the top of an inverted V‐shaped brace and the upper beam on each storey to reduce vibrations during strong disturbances like earthquakes. Analytically, it is modelled as a multi‐degree‐of freedom (MDOF) system with the Maxwell models. First, the computational method is formulated in the time domain by introducing a finite element of the Maxwell model into the equation of motion in the discrete‐time system, which is based on the direct numerical integration. Next, analyses for numerical stability and accuracy of the proposed method are discussed. The results show its numerical stability. Finally, the proposed method is applied to the numerical analysis of a realistic building structure to demonstrate its practical validity.     

桩-土动力相互作用分析模型的对比分析

本文对常用的刚结模型、铰结模型、接触模型、简化模型和弹簧模型五种桩-土动力相互作用分析模型进行了对比研究,分析发现：不同的分析模型有不同的适用范围,在桩-土动力相互作用分析时应根据所关心的问题选用不同的分析模型。本文给出了选择模型的建议,一般优先采用接触模型,次优为铰结模型。     

地震活动性研究中的非线性动力学模型

本文利用非线性动力学模型研究了断层带的地震活动特性.断层系由多个耦合非线性单元模拟,每个基本单元由Maxwell体和刚性滑块组成.滑块的运动满足静、动摩擦强度本构关系.理论模拟的地震活动在短时间内是随机的,但当时间尺度足够大时,断层带的总体活动表现出某种规律性.多数实际观测到的地震活动现象均在这些非线性动力学模型中出现. 本文提出转换概率的观点来度量断层间和孕震区间的地震转移.模拟中发现活动地震带中存在条件安全区,这可能对地震预报的实践有重要的意义.     

地震活动性研究中的非线性动力学模型

本文利用非线性动力学模型研究了断层带的地震活动特性.断层系由多个耦合非线性单元模拟,每个基本单元由Maxwell体和刚性滑块组成.滑块的运动满足静、动摩擦强度本构关系.理论模拟的地震活动在短时间内是随机的,但当时间尺度足够大时,断层带的总体活动表现出某种规律性.多数实际观测到的地震活动现象均在这些非线性动力学模型中出现. 本文提出转换概率的观点来度量断层间和孕震区间的地震转移.模拟中发现活动地震带中存在条件安全区,这可能对地震预报的实践有重要的意义.     

基于OpenSees的砂土本构模型对比研究

饱和砂土液化是由地震引起的一种最常见的工程地质现象,也是造成重大地震灾害的主要原因之一。由于成因的复杂性和所造成灾害的严重性,饱和砂土液化一直是土动力学和岩土地震工程研究领域的重要课题。针对饱和砂土液化问题,基于开源地震工程数值计算平台OpenSees,对材料库中的4种砂土本构模型进行数值计算。采用二维u-p单元模拟土颗粒位移和孔隙水压力,分析和对比4种模型在循环动力荷载作用下的加速度、超孔隙水压力、位移、剪应力-剪应变和平均有效应力路径方面的响应结果。研究结果表明:(1)砂土对输入加速度表现出一定的放大效应,对于不同的模型,该放大效应存在一些差异;(2) Stress Density模型在循环动力荷载作用下易产生永久变形;(3)在循环动力荷载作用下,PDMY模型和CycLiqCPSP模型的强度逐渐降低,直到完全消失;(4) Stress Density模型和Manzari Dafalias模型在循环动力荷载下表现出明显的剪胀效应。研究成果对砂土液化的数值模拟问题具有重要的理论价值,可为饱和砂土的液化模拟和砂土本构模型的选取提供参考。     

Simple formulations of ground impedance functions for rigid surface foundations

A differential equation is formulated for the dynamic response of ground medium by using a simplified ground model. Applying Galerkin's procedure for weighted residual, this equation leads to a governing equation only at the ground surface. The equation indicates that the ground surface behavior can be computed even further by a simplified model. By solving the governing equation for the boundary conditions along the surface, expressions in simple closed forms are developed for the dynamic response analysis of a massless rigid foundation that rests on the ground surface. Despite their significant simplicity, the developed expressions compute the values very close to those computed by far more complex rigorous solutions. They are found to be capable of capturing the important characteristics of the dynamic ground behavior well.