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相似文献
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1.
结合均匀场地模型和分层均匀场地模型,采用数值试验的方法研究了场地地震反应分析中侧向人工边界距离的选取问题。分析了各主要因素对人工边界距离选取的影响,得到了如下结论:单侧人工边界距离与土层深度之比L/h是影响人工边界距离选取的主要参数;随着侧向人工边界距离的增加,有限元模型的计算误差并不一直减小,在局部范围内,会出现计算误差随着边界距离的增加而增大的现象;场地硬度、阻尼比和激振频率等因素不会影响计算误差随边界距离的变化规律,但采用自由场边界时受输入地震动频谱特性的影响较为明显;对水平激振下的一维场地模型来说,采用结合自由度边界时所需边界距离最短,自由场边界次之,采用粘性边界达到收敛时所需边界距离最长;无论哪种边界条件,当边界距离大于某一范围后,都能得到稳定的计算结果;相对于均质场地模型来说,实际的分层均匀场地建模时可适当减小侧向人工边界距离。  相似文献   

2.
为实现地震作用下土-结构动力相互作用问题的有限元模拟,需要在人工边界上完成地震动的有效输入,目前工程和科研中常用的地震动输入方法有两种:波动输入方法和振动输入方法。波动输入方法的模拟精度高,但实施上相对复杂且耗时,而振动输入方法处理简单,但模拟精度较低。针对应力型人工边界提出一种在人工边界上实现地震动输入的新方法,该方法通过对土-结构有限元模型中由人工边界节点及相邻节点组成的局部子结构施加自由波场位移时程并进行动力分析,从而直接获得可实现地震波动有效输入的等效地震荷载,然后在土-结构有限元模型的人工边界节点上施加等效输入地震荷载并完成动力计算,由此完成土-结构动力相互作用问题的地震动输入和地震反应计算。与原有波动输入方法相比,新方法避免了原方法需分别计算人工边界上自由场应力和由引入人工边界条件引起的附加力,以及需要根据不同人工边界面的外法线方向确定荷载作用方向等较为复杂的处理过程,具有等效地震荷载计算简便、地震动输入过程更易于实施的特点。采用均匀弹性半空间和成层弹性半空间一维地震反应算例初步验证新方法的正确性和可靠性。  相似文献   

3.
基于ABAQUS的粘弹性边界单元及在重力坝抗震分析中的应用   总被引:2,自引:0,他引:2  
考虑了2种不同的地震输入模型,即无质量地基模型和考虑辐射阻尼的粘弹性边界模型。以大型非线性有限元程序ABAQUS为平台,采用FORTRAN语言开发了用户单元子程序VSB_UEL.for,将粘弹性边界有效地嵌入到ABAQUS中。在尽量避免求解自由场的前提下,将离散的地震荷载转化为等效结点荷载,编写的计算程序可以方便地将等效荷载施加到人工边界结点上,并通过数值算例验证了粘弹性边界单元及波动输入程序的正确性,其求解效率和计算精度均令人满意,最后将该程序应用到在建的某水电站厂房坝段的抗震分析中。结果表明,与传统的固定边界无质量地基相比,考虑了粘弹性人工边界后,坝体的动力响应峰值减小了20%~40%;在进行结构动力响应分析时,考虑无限域地基的辐射阻尼影响是很有必要的。文中的用户子程序及波动输入程序很容易扩展至三维,为同类工程的抗震分析提供了简洁、合理的计算模式。  相似文献   

4.
地震波传播有限差分模拟的人工边界问题   总被引:6,自引:3,他引:6  
在用有限差分法模拟地震波传播中,差分网格人工边界的反射问题是至关的。本文简要介绍了几种消除人工边界反射的方法及其主要优缺点,联立这些不同的吸收边界条件于实际的有限差分计算可以给出好的结果。  相似文献   

5.
利用有限元数值模拟方法研究半无限空间中的动力响应问题时,人工边界的选取对于计算结果的可靠性与准确性有直接的影响。本文利用ABAQUS有限元软件计算土-结构地震响应,分析了选用不同人工边界对计算结果的影响。通过与远置边界自由场和土-结构模型的数值结果对比,讨论了底边界分别采用固定边界和黏性边界;侧边界分别采用固定边界、绑定边界、竖向约束边界和黏性边界时的计算误差。研究表明,利用ABAQUS软件计算土-结构动力相互作用影响时,黏性边界适合作为非刚性地基问题的底边界,固定边界适合作为刚性地基问题底边界。对于侧向边界当采用相对计算宽度较小模型时,固定边界和黏性边界无法再现自由场和土-结构响应;绑定边界和竖向约束边界可以模拟精确的自由场响应,并在动力土-结构作用分析中具有良好的性能。  相似文献   

6.
李小军  廖振鹏 《地震学报》1995,17(3):362-369
推导出了分析二维粘及弹性场地地形对地震动影响的显式有限元-有限差分方法.这一方法中,首先利用人工边界及有限元离散方法,给出问题分析的有限元离散网格计算力学模型,并利用一种类似于差分方法的有限元方法,建立局部网格节点的动力方程,而后利用笔者提出的有阻尼体系动力方程求解的显式差分格式,及推广的多次透射边界公式,给出网格节点运动量计算的时域显式逐步积分公式.利用计算机程序实现这一方法的计算具有所需计算机内存量小及计算时间量小的优势,而且,这一方法适用于任意地形情况,具有较高的计算精度及较好的计算稳定性.   相似文献   

7.
传统的人工边界是在声波或弹性波分解为内行和外行分量的基础上设计的.对于较复杂的介质模型(如粘弹介质、弹塑介质、塑性介质模型等),地震波不能简单地分解为各自满足其运动方程的纵波、横波等成分,且地震波在传播过程中还有衰减现象,因此传统的人工边界已不能有效地用于非弹性的较复杂介质的波场模拟.本文提出了一种适合于更一般的地震模型的波场计算的透射边界条件,并以粘弹介质的一个较简单的二维几何模型为例,通过有限元数值求解这种透射边界和刚性边界下粘弹波的激发和传播,得到地面合成地震记录,证明了这种透射边界用于较复杂介质波场计算是可行的.  相似文献   

8.
胡银磊  张裕明 《中国地震》1996,12(2):224-228
本文通过中国大陆地震(Ms≥6.0)震中与其发震断层的距离的统计与分析,认为该距离的分布基本上符合正态分布特征,并经拟合计算得到中国东部和西部地区不同类型断 层上不同震级档的地震震中距离分布的期望值和方差,根据正态分布随机变量的区间估计方法,讨论了统计分析的结果在潜在震源区边界的确定,以及边界的不确定性评价中的应用。  相似文献   

9.
二维场地地震反应有限元分析的问题探讨   总被引:2,自引:2,他引:0  
本文通过数值计算,在线弹性范围内初步分析了土层地震反应随不同侧向人工边界、有限土域取值范围、土介质的阻尼系数的变化情况;采用滞后阻尼假定,探讨了在土层时域分析中如何由滞后阻尼系数形成阻尼矩阵,给出了一个阻尼系数转换频率取值的经验公式。在此研究基础上编制了二维有限元SR2D计算程序。  相似文献   

10.
北京地区地震,爆破和矿震的记录图识别   总被引:3,自引:0,他引:3  
以北京地区台网数据为例,讨论了天然地震、人工地震和矿山地震的区别,并对多重地震和不同地区的地震特征进行了分析。  相似文献   

11.
流体饱和多孔介质波动方程的有限元解法   总被引:19,自引:6,他引:13       下载免费PDF全文
讨论了流体饱和多孔介质中波传播问题的有限元解法,首先在Biot理论的基础 上,概述了数学问题的提法,然后提出了一种新型简便的人工边界上的无反射边界条件,同时 给出了有人工边界时流体饱和多孔介质波动方程的有限元计算公式.数值试验的结果表明, 本文提出的无反射边界条件和数值方法均很有效.  相似文献   

12.
数值模拟是研究半无限域中结构地震反应的重要手段,而边界条件的选取则直接影响到数值模拟结果的可靠性.本文应用有限元软件ABAQUS,分别采用固定边界条件、黏性边界条件和远置边界条件对简单弹性半无限介质的波源问题和散射问题进行了数值模拟分析,结果显示:使用固定边界时,波动不能穿过边界面进入半无限介质,这与波动在半无限介质中...  相似文献   

13.
Bao  Xin  Liu  Jingbo  Li  Shutao  Wang  Fei  Lu  Xihuan 《地震工程与工程振动(英文版)》2022,21(4):929-945

Viscoelastic artificial boundaries are widely adopted in numerical simulations of wave propagation problems. When explicit time-domain integration algorithms are used, the stability condition of the boundary domain is stricter than that of the internal region due to the influence of the damping and stiffness of an viscoelastic artificial boundary. The lack of a clear and practical stability criterion for this problem, however, affects the reasonable selection of an integral time step when using viscoelastic artificial boundaries. In this study, we investigate the stability conditions of explicit integration algorithms when using three-dimensional (3D) viscoelastic artificial boundaries through an analysis method based on a local subsystem. Several boundary subsystems that can represent localized characteristics of a complete numerical model are established, and their analytical stability conditions are derived from and further compared to one another. The stability of the complete model is controlled by the corner regions, and thus, the global stability criterion for the numerical model with viscoelastic artificial boundaries is obtained. Next, by analyzing the impact of different factors on stability conditions, we recommend a stability coefficient for practically estimating the maximum stable integral time step in the dynamic analysis when using 3D viscoelastic artificial boundaries.

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14.
本文在全部入射角范围内系统地讨论了时域局部透射边界真实的反射系数及其与理想稳态和理想暂态反射系数的关系。文中指出,后两者可分别用作前者上,下限的估计;同时,就时域逐步积分计算而言理想暂态较之理想稳态更接近真实情形,简便的理想暂态反射系数可用于在全部入射角范围内度量边界是的误差。  相似文献   

15.
基于双相各向异性介质模型,首先推导了双相各向异性介质中弹性波传播的动力学方程及其Galerkin变分方程和有限元运动方程,然后给出了孔隙弹性波方程的有限元数值解法以及二维双相PTL介质中波场模拟的人为吸收边界条件. 最后,利用本文给出的有限元方法对双相PTL介质和双相各向同性介质中的弹性波传播进行了数值模拟. 结果表明:有限元方法和吸收边界条件有效、可行,在理想相界条件下,不论是从固体位移,还是从流体位移的波场快照都能看到明显的慢速拟P波;在黏滞相界情况下,能否观察到慢速拟P波,与含流体地层介质的耗散性质有关.对实际含流体介质,从流体位移分量的波场快照比从固体位移波场快照更容易观察到慢速拟P波.  相似文献   

16.
A non-linear interaction analysis with a (generalized) non-linear structure and a linear unbounded soil is analysed in the time domain, based either on the sub-structure method, which involves global convolution integrals, or on the direct method with local boundary conditions. Alternatively, the hybrid frequency–time-domain method of analysis, which is an iterative scheme, could be used. Approximate local boundary conditions to model the wave propagation towards infinity on the artificial boundary used in the direct method of non-linear soil–structure-interaction analysis to be performed in the time domain are examined. A semi-infinite rod supported elastically, which exhibits the same properties as certain unbounded soils such as dispersion and a cut-off frequency, is used for the investigation. For a transient excitation, the superposition boundary with frequent averaging, the well-known viscous damper and the extrapolation algorithm lead to good accuracy. Moving the artificial boundary further away from the structure (or more precisely, increasing the ratio of the distance of the artificial boundary to the wave length) improves the accuracy.  相似文献   

17.
针对地下工程抗震分析中边界条件和地震动输入方式选择问题,对一地下半无限体模型在一剪切波垂直入射条件下进行不同边界条件和不同地震动输入方法的算例试算。结果发现:两侧采用竖直向位移约束、底部采用黏弹性边界、并在模型底部用等效节点力输入地震动的方法,与三边均采用黏弹性边界条件和三边均采用等效节点荷载输入地震动的方法可以获得同样的结果。该方法易于在ANSYS中通过APDL编程实现,可为地下工程抗震分析中黏弹性边界的使用提供便利。  相似文献   

18.
In the realm of the numerical simulation, finite difference method and finite element method are more intuitive and effective than other simulation methods. In the process of simulating seismic wave propagation, the finite differences method is widely used because of its high computational efficiency and the advantage of the algorithm is more efficient. With the demand of precision, more and more researchers have proposed more effective methods of finite differences, such as the high-order staggered-grid finite differences method, which can restore the actual process of wave propagation on the premise of ensuring accuracy and improving the efficiency of operation. In the past numerical simulation of seismic wave field, different models of isotropic medium are mostly used, but it is difficult to reflect the true layer situation. With the research demand of natural seismology and seismic exploration, the research on anisotropic media is more and more extensive. Transversely isotropic(TI)media can well simulate the seismic wave propagation in the formation medium, such as gas-bearing sandstone, mudstone, shale et al., the character of TI media is reflected by introducing the Thomsen parameters to reflect its weak anisotropy of vertical direction by using Thomson parameter. Therefore, studying the process of seismic wave propagation in TI media can restore the true information of the formation to the greatest extent, and provide a more reliable simulation basis for the numerical simulation of seismic wave propagation. In the geodynamic simulation and the numerical simulation of the seismic wave field, under the limited influence of the calculation area, if no boundary conditions are added, a strong artificial boundary reflection will be generated, which greatly reduces the validity of the simulation. In order to minimize the influence of model boundaries on the reflection of seismic waves, it is often necessary to introduce absorbing boundary conditions. At present, there are three types of absorption boundary conditions: one-way wave absorption boundary, attenuation absorption boundary, and perfectly matched layer(PML)absorption boundary. In terms of numerical simulation of seismic waves, the boundary absorption effect of PML is stronger than the first two, which is currently the most commonly used method, and it also represents the cutting-edge development direction of absorption boundary technology. The perfectly matched layer absorbing boundary is effectively applied to eliminating the reflective waves from model boundaries, but for transversely isotropic medium, the effect of the absorbing is not very well. For this reason, the elastic dynamic wave equations in transversely isotropic media are derived, and we describe a second-order accurate time, tenth-order accurate space, formulation of the Madariaga-Virieux staggered-grid finite difference methods with the perfectly matched layer(PML)are given. In addition, we have established vertical transversely isotropic(VTI)media and arbitrary inclined tilted transversely isotropic(TTI)media models, using a uniform half-space velocity model and a two-layer velocity model, respectively. By combining the actual geoscience background, we set the corresponding parameters and simulation conditions in order to make our model more research-oriented. When setting model parameters, different PML thickness, incident angle, source frequency and velocity layer models were transformed to verify the inhibition of boundary reflection effect by PML absorption boundary layer. The implementations of this simulation show that the formula is correct and for the transversely isotropic(TI)media of any angular symmetry axis, when the thickness of the PML layer reaches a certain value, the seismic wave reflection effect generated by the artificial boundary can be well suppressed, and the absorption effect of PML is not subject to changes in incident angle and wave frequency. Therefore, the results of our study indicate that our research method can be used to simulate the propagation process of seismic waves in the transversely isotropic(TI)media without being affected by the reflected waves at the model boundary to restore the actual formation information and more valuable geological research.  相似文献   

19.
三维弹性波数值模拟中的吸收边界条件   总被引:14,自引:1,他引:13       下载免费PDF全文
在地震波传播数值模拟的过程中,需要使用吸收边界条件从而达到衰减人为边界 反射的目的. 本文基于傍轴近似法提出了计算三维弹性波方程的吸收边界条件公式,表示了 各边界面、边棱和角点处波场所满足的单程波方程,并在三维弹性波数值模拟中进行了应用 . 理论模型及三维盐丘地质模型波场切片快照试算结果表明,该吸收边界条件可以有效地吸 收人为边界反射,适用于较大入射角情况,从而消除了边界有效波信息的干扰. 由于采用四 阶近似方程,在保证计算精度的前提下,该方法具有节省计算工作量和易于实现的特点.  相似文献   

20.
分析了采用显式有限元方法求解开放系统动力响应的主要环节中影响精度和稳定性的因素及其相互关系,指出数值解的精度和稳定性是这些因素共同作用的结果。归纳了合理输入数字荷载应满足的条件以及系统离散化准则。基于有限元方法推导了吸收边界的一般表达式,并据此提出吸收边界和透射边界之间存在确定的函数关系,并不是两类独立人工边界的新见解。认为内域的阻尼稳定性和人工边界的近场稳定性是大型复杂开放系统动力响应数值方法研究和应用中的关键科学问题,并从应用的角度提出了解决问题的思路和看法。  相似文献   

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