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波动问题中的三维时域粘弹性人工边界 被引量:372
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作者 刘晶波 王振宇 +1 位作者 杜修力 杜义欣 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2005年第6期46-51,共6页
应用弹性波动理论,发展了实现波动直接模拟的三维时域粘弹性人工边界。首先基于三维波动方程推导了三维粘弹性人工边界的法向与切向边界方程,然后研究了时域粘弹性人工边界的数值模拟技术,最后通过典型的波动问题算例证明了给出的三维... 应用弹性波动理论,发展了实现波动直接模拟的三维时域粘弹性人工边界。首先基于三维波动方程推导了三维粘弹性人工边界的法向与切向边界方程,然后研究了时域粘弹性人工边界的数值模拟技术,最后通过典型的波动问题算例证明了给出的三维人工边界具有较高精度,可以方便地应用于三维波动问题的模拟分析。 展开更多
关键词 波动 粘弹性人工边界 三维介质 时域 无限域
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一致粘弹性人工边界及粘弹性边界单元 被引量:425
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作者 刘晶波 谷音 杜义欣 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第9期1070-1075,共6页
提出了一致粘弹性人工边界及粘弹性人工边界单元的概念,推导了二维一致粘弹性人工边界单元刚度及阻尼矩阵,并在其基础上使用矩阵等效原理实现了采用普通有限单元模拟的二维粘弹性边界单元。均匀半空间算例与成层半空间算例验证了粘弹性... 提出了一致粘弹性人工边界及粘弹性人工边界单元的概念,推导了二维一致粘弹性人工边界单元刚度及阻尼矩阵,并在其基础上使用矩阵等效原理实现了采用普通有限单元模拟的二维粘弹性边界单元。均匀半空间算例与成层半空间算例验证了粘弹性边界单元具有与集中粘弹性人工边界相同的精度,并且实施更为简便。 展开更多
关键词 粘弹性人工边界 人工边界单元 有限元 成层半空间 结构-地基动力相互作用
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三维一致粘弹性人工边界及等效粘弹性边界单元 被引量:318
3
作者 谷音 刘晶波 杜义欣 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2007年第12期31-37,共7页
基于粘弹性人工边界推导了三维一致粘弹性人工边界单元的刚度及阻尼矩阵,利用单元矩阵等效原理采用普通有限单元构造了等效粘弹性边界单元来模拟三维粘弹性边界。均匀半空间算例与成层半空间算例证明三维粘弹性边界单元具有与集中粘弹... 基于粘弹性人工边界推导了三维一致粘弹性人工边界单元的刚度及阻尼矩阵,利用单元矩阵等效原理采用普通有限单元构造了等效粘弹性边界单元来模拟三维粘弹性边界。均匀半空间算例与成层半空间算例证明三维粘弹性边界单元具有与集中粘弹性人工边界相近的精度,并且施加更为简便。 展开更多
关键词 波动 粘弹性人工边界 三维有限元模型 人工边界单元 成层半空间 结构-地基动力相互作用
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粘弹性人工边界在地震工程中应用研究综述 被引量:16
4
作者 陈宝魁 王东升 成虎 《地震研究》 CSCD 北大核心 2016年第1期137-142,182,共6页
介绍粘弹性人工边界在结构-地基动力相互作用等问题中应用的研究现状。重点叙述了粘弹性人工边界在有限元计算中的实现方法及其在地震工程中的应用。粘弹性人工边界方法具有方便实现、计算精度高、稳定性强等优点,是解决近场波动问题的... 介绍粘弹性人工边界在结构-地基动力相互作用等问题中应用的研究现状。重点叙述了粘弹性人工边界在有限元计算中的实现方法及其在地震工程中的应用。粘弹性人工边界方法具有方便实现、计算精度高、稳定性强等优点,是解决近场波动问题的一种重要手段。随着粘弹性人工边界理论及其在有限元软件中的应用日渐成熟,其在工程抗震分析等方面将具有广阔的应用前景。 展开更多
关键词 粘弹性人工边界 地震工程 结构-地基动力相互作用 近场波动
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基于粘弹性人工边界的阶梯地形地震波动问题分析 被引量:6
5
作者 赵瑞斌 张建军 +1 位作者 刘中宪 马利华 《世界地震工程》 CSCD 北大核心 2015年第3期220-227,共8页
针对阶梯地形地震波动问题,在粘弹性人工边界理论的基础上提出了1种新的"虚拟对称子结构体系"地震动输入技术。该技术不仅有效实现了对阶梯地形的波动输入,也解决了高差引起的输入地震荷载不一致问题。基于商业有限元软件对... 针对阶梯地形地震波动问题,在粘弹性人工边界理论的基础上提出了1种新的"虚拟对称子结构体系"地震动输入技术。该技术不仅有效实现了对阶梯地形的波动输入,也解决了高差引起的输入地震荷载不一致问题。基于商业有限元软件对某典型算例进行动力时程数值分析,结果表明:所述方法具有较高的精确度和实用性;临空面位移幅值表现出显著的放大效应,且斜坡坡度越大,动力放大效应越明显。 展开更多
关键词 粘弹性人工边界 阶梯地形 对称子结构 地震动输入 临空面放大效应
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基于UPFs的粘弹性人工边界单元及地震动输入方法研究 被引量:13
6
作者 李浩然 尹训强 王桂萱 《世界地震工程》 CSCD 北大核心 2017年第2期24-32,共9页
基于粘弹性人工边界相关理论和地震动输入方法的有关理论,推导并建立了既具有粘弹性人工边界特性,同时可以将地震动转化为施加在人工边界上等效荷载的三维粘弹性人工边界,并利用二次开发工具UPFs将其成功地嵌入至通用有限元分析软件ANSY... 基于粘弹性人工边界相关理论和地震动输入方法的有关理论,推导并建立了既具有粘弹性人工边界特性,同时可以将地震动转化为施加在人工边界上等效荷载的三维粘弹性人工边界,并利用二次开发工具UPFs将其成功地嵌入至通用有限元分析软件ANSYS中。通过Lamb表面源问题以及内源问题对上述二次开发单元进行了验证。算例表明,该单元可以很好地对无限地基辐射阻尼进行模拟。随后通过对自由场波动输入问题的验证,表明该单元可以实现在有限元单元级别上准确有效地施加地震动等效荷载。与传统的粘弹性边界施加方式相比,该单元有着更简单的使用性以及更强的操作性,同时又不增加计算模型的规模等优势,因而计算效率更高。同时,结合通用有限元分析软件ANSYS强大的建模和计算分析能力,使粘弹性边界有着更广泛的应用,并可适用于各种结构-地基动力相互作用问题的分析。 展开更多
关键词 粘弹性人工边界 地震动输入 用户可编程特性(UPFs) 结构-地基相互作用
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基于粘弹性人工边界的点声源海底地震波ANSYS分析方法 被引量:5
7
作者 卢再华 张志宏 顾建农 《海军工程大学学报》 CAS 北大核心 2011年第2期63-67,共5页
航行舰船在海底岩土层中引起的弹性波被称为舰船地震波,该波主要由舰船低频辐射噪声引起,可用于识别舰船目标。采用大型有限元软件ANSYS中的流固耦合计算模块,结合粘弹性人工边界条件,对水平分层海洋环境下低频点声源海底地震波进行了... 航行舰船在海底岩土层中引起的弹性波被称为舰船地震波,该波主要由舰船低频辐射噪声引起,可用于识别舰船目标。采用大型有限元软件ANSYS中的流固耦合计算模块,结合粘弹性人工边界条件,对水平分层海洋环境下低频点声源海底地震波进行了数值计算。数值计算结果与波数积分方法结果的比较表明:两种方法相应的声传播损失曲线和频率特性曲线变化规律基本一致,海底表面竖直位移、水平位移、竖直加速度和水平加速度的频率特性曲线吻合较好,说明大型有限元软件ANSYS中的流固耦合模块可用于低频点声源海底地震波问题的数值计算。 展开更多
关键词 粘弹性人工边界 点声源 地震波 ANSYS 流固耦合
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考虑粘弹性人工边界的高耸进水塔结构地震动态响应分析 被引量:6
8
作者 刘云贺 郑晓东 张小刚 《西安理工大学学报》 CAS 北大核心 2016年第2期134-141,共8页
边界条件的选取对结构的计算设计有着显著的影响。本文通过ANSYS有限元方法建立了三维进水塔模型,接着分别采用无质量固定边界和粘弹性人工边界模拟了高耸进水塔结构在地震作用下的位移、应力和接触的分布规律,最后对进水塔抗震安全性... 边界条件的选取对结构的计算设计有着显著的影响。本文通过ANSYS有限元方法建立了三维进水塔模型,接着分别采用无质量固定边界和粘弹性人工边界模拟了高耸进水塔结构在地震作用下的位移、应力和接触的分布规律,最后对进水塔抗震安全性进行了计算分析。结果表明:与无质量固定边界相比,在粘弹性人工边界条件下,塔体顶部峰值位移减小了10%~30%,塔体峰值应力减小了15%~30%,塔体x正向最大张开值和y正向最大张开值均有所减小,塔体稳定安全系数时程最小值增大了20%。研究结果表明粘弹性人工边界在实际工程设计中具有一定的精确性和适用性。 展开更多
关键词 高耸进水塔 粘弹性人工边界 动态响应分析 接触分析
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采用粘弹性人工边界时显式算法稳定性的改善研究 被引量:9
9
作者 刘晶波 宝鑫 +2 位作者 李述涛 王菲 王栋 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2023年第5期20-31,共12页
在显式动力计算中引入粘弹性人工边界时,受人工边界刚度和阻尼等因素影响,整体模型的数值积分稳定性将变得更为严格,这在一定程度上限制了粘弹性人工边界在大规模显式动力计算中的应用。该文基于对采用粘弹性人工边界的显式时域逐步积... 在显式动力计算中引入粘弹性人工边界时,受人工边界刚度和阻尼等因素影响,整体模型的数值积分稳定性将变得更为严格,这在一定程度上限制了粘弹性人工边界在大规模显式动力计算中的应用。该文基于对采用粘弹性人工边界的显式时域逐步积分算法稳定性条件的分析及其影响因素的研究,提出通过对人工边界附加集中质量来改善其数值积分稳定性的方法,发展了稳定性更优的改进粘弹性人工边界。为确定合理的人工边界质量值,利用基于局部子系统的稳定性分析方法推导得到改进粘弹性人工边界的稳定性条件,通过比较分析给出人工边界质量参数的建议值。采用该建议值后,粘弹性人工边界区的数值积分稳定性条件优于内部计算域的稳定性条件,整体计算模型的稳定性由内部计算域控制,此时可以用常规的稳定性判别准则来确定临界时间积分步长。数值算例表明,该文提出的粘弹性人工边界数值积分稳定性改善方法在提高计算效率的同时保持原人工边界的计算精度,具有较强的实用性。 展开更多
关键词 粘弹性人工边界 显式时域逐步积分算法 稳定性改善 局部边界子系统 稳定性判别
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基于无厚度Goodman单元的粘弹性人工边界模拟 被引量:4
10
作者 罗佩 刘国明 +1 位作者 王文君 徐辰奎 《福州大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2016年第1期104-109,共6页
基于粘弹性人工边界,推导了三维一致粘弹性人工边界单元的刚度矩阵和阻尼矩阵.利用边界单元厚度对计算结果影响不大,引入了一种新的一致粘弹性单元的模拟方法,即无厚度Goodman单元.基于无厚度Goodman单元对一致粘弹性边界单元进行模拟,... 基于粘弹性人工边界,推导了三维一致粘弹性人工边界单元的刚度矩阵和阻尼矩阵.利用边界单元厚度对计算结果影响不大,引入了一种新的一致粘弹性单元的模拟方法,即无厚度Goodman单元.基于无厚度Goodman单元对一致粘弹性边界单元进行模拟,并通过半无限空间和均匀半空间的算例进行验证.结果表明,使用无厚度Goodman单元实现的一致粘弹性边界单元简单、实用性强,并且可以得到足够的精度.相比于有厚度的边界单元,无厚度Goodman单元符合边界单元无厚度的实际情况,理论完善,且对于可能存在的边界不规则情况适用性强. 展开更多
关键词 粘弹性人工边界 无厚度Goodman单元 人工边界单元 动力计算
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基于粘弹性人工边界的动力数值模拟范围研究 被引量:4
11
作者 苏超 徐云泉 +2 位作者 胡绍沛 任志明 盛鹏程 《水电能源科学》 北大核心 2018年第4期89-91,52,共4页
为分析地下厂房数值模型及围岩取值范围对厂房动力特性的影响,基于粘弹性人工边界基本理论,编写了Abaqus中快速施加粘弹性人工边界的程序。结合某抽水蓄能电站地下厂房结构,建立了不同数值模型及围岩取值范围的三维有限元数值模型,采用... 为分析地下厂房数值模型及围岩取值范围对厂房动力特性的影响,基于粘弹性人工边界基本理论,编写了Abaqus中快速施加粘弹性人工边界的程序。结合某抽水蓄能电站地下厂房结构,建立了不同数值模型及围岩取值范围的三维有限元数值模型,采用谐响应分析方法计算了机组振动荷载作用下的厂房动力响应。结果表明,地下厂房动力特性分析应采用粘弹性人工边界条件下包含0.5倍厂房跨度的围岩,并考虑地下厂房所有结构的数值模型。 展开更多
关键词 地下厂房 动力特性 数值计算模型 粘弹性人工边界
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粘弹性人工边界ABAQUS二次开发及应用 被引量:4
12
作者 陈震 徐远杰 《地下空间与工程学报》 CSCD 北大核心 2012年第3期526-529,共4页
在地震作用下,采用无质量固定边界模型会引入不真实的反射地震波,无法模拟地震波的远域能量逸散效应。基于波动理论及ABAQUS有限元软件二次开发功能实现了粘弹性单元的开发和外源波动的输入。采用粘弹性人工边界模拟地震波外源波动的远... 在地震作用下,采用无质量固定边界模型会引入不真实的反射地震波,无法模拟地震波的远域能量逸散效应。基于波动理论及ABAQUS有限元软件二次开发功能实现了粘弹性单元的开发和外源波动的输入。采用粘弹性人工边界模拟地震波外源波动的远域能量逸散效应,并与固定边界模型计算结果比较。数值模拟结果表明粘弹性人工边界计算结果更接近地震波的真实传播。开发的粘弹性人工边界单元提高了ABAQUS的适用性,对促进大型或复杂工程的粘弹性人工边界波动分析具有潜在的应用价值。 展开更多
关键词 波动理论 固定边界 粘弹性人工边界 二次开发 外源波动 数值模拟
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粘弹性人工边界在ABAQUS中的实现及应用 被引量:8
13
作者 梅魁 孟凡深 《水电能源科学》 北大核心 2010年第7期82-84,145,共4页
基于柱面波理论的二维时域人工边界,建立了人工边界点相对于散射波源的局部坐标系下的等效物理系统,利用人工边界点局部坐标系与整体坐标系的转换矩阵,推导了整体坐标下人工边界的等效物理参数,并考虑边界点与散射波源的距离变化,利用... 基于柱面波理论的二维时域人工边界,建立了人工边界点相对于散射波源的局部坐标系下的等效物理系统,利用人工边界点局部坐标系与整体坐标系的转换矩阵,推导了整体坐标下人工边界的等效物理参数,并考虑边界点与散射波源的距离变化,利用该等效物理系统模拟人工边界的散射效应,二维均匀半空间算例验证该法可减弱边界几何形状的影响,且具有较好的精度和适用性。应用该法探讨了不同地基刚度对重力坝非线性开裂损伤的影响,结果表明,地基弹性模量越小,人工边界散射的能量越多,开裂损伤的范围就越小。 展开更多
关键词 粘弹性人工边界 ABAQUS Application 局部坐标系 边界 物理系统 散射效应 开裂损伤 地基弹性模量 均匀半空间 转换矩阵 系统模拟 物理参数 面波理论 几何形状 二维时域 地基刚度 波源 重力坝 适用性
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粘弹性人工边界理论及其在重力坝模态分析中的运用 被引量:6
14
作者 李根 陈庆涛 +2 位作者 侯攀 潘利坦 刘安荣 《水利与建筑工程学报》 2009年第4期126-129,共4页
研究了在结构—地基动力相互作用问题中,人工边界理论的发展过程,重点分析粘弹性人工边界的理论价值和可行性。通过使用有限元分析软件ANSYS,设置combin14单元的参数属性,实现了对粘弹性人工边界的模拟并验证其性能的准确性。对重力坝... 研究了在结构—地基动力相互作用问题中,人工边界理论的发展过程,重点分析粘弹性人工边界的理论价值和可行性。通过使用有限元分析软件ANSYS,设置combin14单元的参数属性,实现了对粘弹性人工边界的模拟并验证其性能的准确性。对重力坝在考虑结构—地基相互作用的情况下进行了模态分析,并和不考虑相互作用、假定地基为刚性条件下的情况进行比较。 展开更多
关键词 结构—地基动力相互作用 粘弹性人工边界 重力坝 模态分析 ANSYS
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基于粘弹性人工边界的地震动输入方法的研究 被引量:6
15
作者 吴爽 赵志刚 裴强 《大连大学学报》 2017年第3期8-11,共4页
粘弹性人工边界在土-结构相互作用动力计算中具有良好的模拟精度。基于该边界简化了地震动输入公式,给出了等效地震荷载地震动输入的简化方法;在大型有限元软件中进行算例分析的结果与波动理论相吻合,验证了本文黏弹性边界地震动输入方... 粘弹性人工边界在土-结构相互作用动力计算中具有良好的模拟精度。基于该边界简化了地震动输入公式,给出了等效地震荷载地震动输入的简化方法;在大型有限元软件中进行算例分析的结果与波动理论相吻合,验证了本文黏弹性边界地震动输入方法的合理性和正确性。 展开更多
关键词 土-结构相互作用 粘弹性人工边界 地震动输入
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基于粘弹性人工边界的防洪堤动力有限元分析 被引量:1
16
作者 谯雯 刘国明 《水电能源科学》 北大核心 2012年第1期120-123,共4页
以大型有限元软件ANSYS为平台,将地震荷载转化为等效节点荷载,通过对比4种不同人工边界条件对地震波的吸收效应,验证了采用粘弹性人工边界在有限元模型时域数值分析方法中的合理性,分析了不同频率下动荷载对结构动力反应的影响,并以福... 以大型有限元软件ANSYS为平台,将地震荷载转化为等效节点荷载,通过对比4种不同人工边界条件对地震波的吸收效应,验证了采用粘弹性人工边界在有限元模型时域数值分析方法中的合理性,分析了不同频率下动荷载对结构动力反应的影响,并以福州市闽江防洪堤工程为例,对比分析了在传统的固定边界与粘弹性人工边界两种边界条件下防洪堤的地震响应。结果表明,粘弹性人工边界方法精度高、易于实现、实用性强。 展开更多
关键词 粘弹性人工边界 防洪堤 动力分析 地震波
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粘弹性人工边界在有限元分析中的应用 被引量:10
17
作者 杜兴华 高扬 《低温建筑技术》 2012年第1期76-78,共3页
主要介绍了粘弹性人工边界的相关理论,粘弹性人工边界单元在ANSYS中的具体实现方法,以及相关参数的计算公式。并且通过一个算例验证了粘弹性人工边界具有良好的计算精度和稳定性。
关键词 粘弹性人工边界 ANSYS 地下结构
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粘弹性人工边界及其在盆地地震效应研究中的应用 被引量:7
18
作者 包锐 周叮 +2 位作者 刘伟庆 王曙光 杜东升 《世界地震工程》 CSCD 北大核心 2013年第4期133-140,共8页
利用波动理论推导了粘弹性人工边界上地震动的输入公式,并将其应用于盆地的地震效应研究。基于ABAQUS有限元分析软件对内源及外源的波动算例进行了计算,数值模拟结果与理论解进行了对比,验证了粘弹性人工边界及其上地震动输入方法的合... 利用波动理论推导了粘弹性人工边界上地震动的输入公式,并将其应用于盆地的地震效应研究。基于ABAQUS有限元分析软件对内源及外源的波动算例进行了计算,数值模拟结果与理论解进行了对比,验证了粘弹性人工边界及其上地震动输入方法的合理性与正确性。在此基础上,将其应用于盆地地震效应的数值分析,准确模拟了自由成层场地的地表位移及盆地效应的基本趋势,得出了盆地倾斜角度与盆地内覆土层性能对盆地效应的影响规律。结果表明,使用粘弹性人工边界及其上地震动输入模拟复杂场地的地震效应具有较强的适用性及准确性,分析结果可供类问题的研究。 展开更多
关键词 粘弹性人工边界 地震动输入 数值模拟 盆地地震效应
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采用粘弹性人工边界单元时显式算法稳定性分析 被引量:21
19
作者 李述涛 刘晶波 +4 位作者 宝鑫 陶西贵 陈一村 肖兰 贾艺凡 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2020年第11期1-11,46,共12页
在土-结构地震反应或近场地震波动问题的分析中,常采用粘弹性人工边界单元将无限域问题转化为近场有限域问题进行计算。由于粘弹性人工边界单元的材料参数和单元尺寸与内部介质单元不同,采用显式时域逐步积分算法时,人工边界区与内部系... 在土-结构地震反应或近场地震波动问题的分析中,常采用粘弹性人工边界单元将无限域问题转化为近场有限域问题进行计算。由于粘弹性人工边界单元的材料参数和单元尺寸与内部介质单元不同,采用显式时域逐步积分算法时,人工边界区与内部系统的数值稳定条件存在差异,但目前尚未有针对性的分析方法和研究成果,影响了显式数值稳定条件的确定和稳定积分时间步长的正确选取。针对二维粘弹性人工边界单元,该文提出一种分析显式时域逐步积分算法稳定性的方法:建立可代表人工边界区域特征的,包含人工边界单元的若干局部子系统,对各子系统的传递矩阵进行分析,给出采用显式时域逐步积分算法时各子系统的稳定条件解析解。通过对各子系统的稳定条件进行对比分析,获得了采用粘弹性人工边界单元时,显式时域逐步积分算法的统一稳定性条件。当内部介质区也满足该稳定条件时,这一条件成为使整体系统数值计算稳定的充分条件,可用于指导数值分析中离散时间步长的选取。 展开更多
关键词 显式时域逐步积分 粘弹性人工边界单元 数值稳定性 传递矩阵 谱半径
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基于粘弹性人工边界的岩质边坡地震反应分析 被引量:6
20
作者 周雄 《中国农村水利水电》 北大核心 2013年第10期88-92,共5页
地震作用下,传统无质量固定边界模型没有考虑地基辐射阻尼,一般造成计算结果较实际偏大。通过对ANSYS有限元软件的APDL程序进行二次开发实现了粘弹性人工边界。对比粘性人工边界,该人工边界在动力分析中具有较高的精度和稳定性,且编程... 地震作用下,传统无质量固定边界模型没有考虑地基辐射阻尼,一般造成计算结果较实际偏大。通过对ANSYS有限元软件的APDL程序进行二次开发实现了粘弹性人工边界。对比粘性人工边界,该人工边界在动力分析中具有较高的精度和稳定性,且编程简单。同时,粘弹性边界条件下地震波输入的算例表明该条件下能够准确地模拟地震动输入。最后,将粘弹性人工边界用于地震作用下岩质边坡动力反应分析,研究与探讨了不同阻尼比下位移放大系数在坡体中的分布规律。研究结果表明:边坡的位移放大系数并不沿着高程而线性增加,而是先减小后增大,在坡体中下部形成一个极小值区。计算结果对边坡抗震设计具有一定的参考意义。 展开更多
关键词 岩质边坡 粘弹性人工边界 动力响应 地震作用 放大系数
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