半无限双连通域弹塑性平面问题时域边界元法研究

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研究列车振动在岩土半无限介质中的传播规律有助于确定各类建筑振动限值、优化减振技术,从而确保上部建筑物、隧道结构及周围土体的稳定。与有限元法相比,边界元法在处理这类半无限域问题上具有独特的优势,不需要施加人工边界且精度高。为高精度模拟平行隧道中地铁振动波在半无限岩土体中的传播过程,本文开发了一套半无限双连通域弹塑性平面问题的时域边界元算法。本文详细给出了半无限双连通域弹塑性平面问题的时域边界积分方程建立、数值处理和求解过程。在建立时域积分方程过程中,构造了一些虚拟边界使有限边界和自由边界连成一条边界以参考无限单连通域问题边界积分方程的建立理论,而边界积分方程中出现的塑性计算域采用塑性单元渐近式穷尽法确定,精确缩小了计算范围。在时域边界积分方程空间离散时引入了无穷边界单元模拟半无限域问题中自由边界的无限性。对于奇异积分采用纯解析方法计算,对时间和空间积分都采用有限积分法求解;而对于非奇异积分采用半解析半数值解法,先对时间积分采用有限积分法求解,再对空间积分采用高斯积分求解。为了适合处理岩土工程问题,本文将基于德鲁克-普拉格准则(D-P屈服准则)本构关系引入到时域边界元算法体系中。根据弹塑性动力学平面问题时域边界积分方程的求解策略,编写了相应的MATLAB运算程序。通过实例验证了时域边界元算法理论推导正确性和程序有效性,并通过分析不同间距和埋深对计算结果的影响,验证了该时域边界元算法的合理性。
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