界面圆柱形弹性夹杂在瞬态SH波作用下的数值仿真

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我国地处欧亚大陆板块、太平洋板块和印度洋板块之间,地震活动非常频繁,而且该区是世界上最大的一个大陆浅源地震活动区。我国大部分地区为地震设防区,有一半位于地震基本烈度为七度乃至七度以上的地震区。地下结构在地震时的安全对于人民生命财产的保障以及城市生活的正常运行有着极为重要的意义。目前,进行地下结构抗震设计主要按静力法进行结构分析,而忽略了地下结构与底层的协调振动特性。当前,地下结构在施工过程中多数采用全场开挖的方式,这样由于回填土与原来土体的力学性质明显不同,从而形成一个界面,并且地下结构就位于界面处。从大量地震灾害对地下结构造成破坏的现象分析,不难发现,地震对处于界面上或界面附近的地下结构破坏尤为严重。本文采用有限元法研究近场界面含有单圆形夹杂和两个圆形夹杂分别对瞬态SH波的散射和动应力集中问题。有限元法在数学上是将偏微分方程的初边值问题划归一组常微分方程的初值问题(在空间离散化之后)或一组规则代数方程。然后,用NEWMARK直接积分法进行求解,得到各节点和单元的位移、应力的时程解。用有限元模拟波动问题,其首要问题是人工边界的设置问题,由于要从无限域中截取有限区域来模拟无限域,所以要引入人工边界。其次要解决时空离散带来的不利影响,以减少误差。还要考虑荷载的施加问题以及模型大小对解题的影响问题。本文对要解决的问题建立了有限元模型,并用通用有限元分析软件ANSYS进行计算,给出部分节点的位移、应力时程解和夹杂周边动应力集中系数,并对结果进行了讨论。本文的具体工作如下:研究了界面含有单个圆形夹杂和两个圆形夹杂分别对瞬态SH波的散射和动应力集中的问题,给出了地表位移和夹杂边上位移的时程解,并给出了夹杂周边的动应力集中系数,并针对不同情况进行讨论。
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