飽和多孔介質(zhì)三維時域粘彈性人工邊界與動力反應(yīng)分析的顯式有限元法.pdf

1、在高層、高壩和核電站等重大復(fù)雜結(jié)構(gòu)的動力反應(yīng)分析中，波動能量向無限域地基的逸散影響是重要的。飽和多孔介質(zhì)在自然界中普遍存在，如飽和土，它是由固體骨架和孔隙流體組成。當(dāng)兩者之間存在動力相互作用時，按飽和多孔介質(zhì)分析比按單相同體介質(zhì)分析更為科學(xué)、合理。由于飽和介質(zhì)波動理論的復(fù)雜性及數(shù)學(xué)處理上的困難，有關(guān)飽和多孔介質(zhì)動力響應(yīng)研究的解析解僅局限于比較簡單的邊界情況。對于幾何形狀較復(fù)雜且存在近域介質(zhì)非均勻和非線性的復(fù)雜情況，數(shù)值方法是有效的分析手

2、段。在無限或半無限空間的飽和多孔介質(zhì)動力有限元分析中，通常采用有限模型的數(shù)值方法進行分析。為反映無約束域能量輻射效應(yīng)影響，需引入虛擬的人工邊界條件。虛擬人工邊界的處理方式和方法對模擬精度的影響較大。顯式有限元結(jié)合局部人工邊界的方法由于其時空解耦的特點，很適宜于上述復(fù)雜的近場波動問題的求解，獲得學(xué)術(shù)界和工程界的重視。本文主要完成了以下工作： 1．建立了飽和多孔介質(zhì)的三維粘彈性人工邊界 以外行的球面波為研究對象，分析人工邊界

3、應(yīng)力，得到應(yīng)力的表達式，固相介質(zhì)在人工邊界的法向應(yīng)力與其在邊界處的位移和速度分別成線性關(guān)系，固相介質(zhì)在邊界的切向應(yīng)力也與其切向位移和速度成線性關(guān)系；本文假設(shè)孔隙流體無粘性，不承受剪力，只在人工邊界的法向存在應(yīng)力，其只與流體的法向速度成正比。因此，對固相介質(zhì)，可以在人工邊界的法向、切向設(shè)置連續(xù)分布的彈簧和粘滯阻尼器；對孔隙流體，只在人工邊界的法向設(shè)置連續(xù)分布的粘滯阻尼器。地震波輸入可以通過在人工邊界上施加等效荷載來實現(xiàn)。 2．本文