混凝土板孔洞反平面动力问题的解析与数值方法

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弹性波动理论对于结构工程中无损检测技术的发展具有重要的意义。混凝土板壳的反平面运动中,由缺陷引起的应力集中问题可以按照带形介质中圆柱孔洞对SH型导波的散射问题来分析。本文主要分为两个部分。在第一部分采用解析方法研究这个问题。首先,构造带形介质中相容导波的形式,即其满足上、下边界应力自由条件。之后,由波函数展开法给出圆形孔洞的散射波的级数表示,根据累次镜像叠加的方法构造由上、下边界反射所形成的相容的散射导波。最后,给定入射导波,由圆柱孔洞边界应力自由的条件来定解波函数级数的系数。数值算例求解了特定导波对圆柱孔洞的散射,给出了圆柱孔洞边沿的动应力分布,讨论了导波阶数、频率以及孔洞位置的影响。在第二部分,选用工程中常见的C30混凝土的各项物理参数,给出一个具体的实例模型。根据有限单元法的基本原理,确定荷载的加载方式,模型的边界条件,有限单元的尺寸以及积分时间步长等参数。分别进行解析方法与数值方法的计算,最后对两者的结果数据进行对比与分析。本文能够丰富弹性动力学中关于反平面应变问题的研究,并为结构检测技术的发展提供理论依据。
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