覆盖层下圆环形衬砌结构对瞬态SH波的散射

论文摘要

本文采用有限元法研究覆盖层下环形衬砌对瞬态SH波的散射和动应力集中问题。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。其次是解决时空离散及波在不同介质中传播时带来的各种不利影响,以减少误差。还要考虑荷载的施加以及模型大小对解题的影响。本文针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进行了计算,给出了部分节点的时程解和孔边动应力集中系数,并对结果进行了讨论。本文的具体工作如下:通过波动有限元理论分析,讨论了波动有限元计算过程中可能出现的主要误差,讨论了有限元横向边界不同和孔径大小不同的情况下对位移的影响,并提出了解决办法。通用有限元分析软件ANSYS计算了覆盖层下的单圆环形衬砌和双圆环形衬砌对瞬态SH波的散射和动应力集中问题,给出了地表和衬砌外边缘的位移和应力的时程解及动应力集中系数,并进行了讨论。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题的目的和意义
• 1.2 课题的国内外发展、研究状况
• 1.2.1 介质中地震波散射问题的现有研究方法简介
• 1.2.2 关于近场波动数值模拟问题的描述
• 1.2.3 近场波动数值模拟的研究进展状况
• 1.3 本文主要的研究内容
• 第2章 波动有限元理论
• 2.1 引言
• 2.2 有限元方法简介
• 2.2.1 有限元分析的几种方法
• 2.2.2 有限元法求解步骤
• 2.3 波动有限元数值模拟方法原理
• 2.3.1 结构的动力学方程
• 2.3.2 系统的动力响应
• 2.3.3 动力问题有限元求解的基本步骤
• 2.3.4 波动有限元理论中的相关问题
• 2.4 本章小结
• 第3章 波动有限元误差分析
• 3.1 引言
• 3.2 离散误差分析
• 3.2.1 频散、截止频率的基本概念
• 3.2.2 高频振荡
• 3.2.3 解决离散误差影响的方法
• 3.3 不均匀介质中的弹性波传播
• 3.3.1 模型
• 3.3.2 间断面和离散步距的选取
• 3.4 本章小结
• 第4章 有限元分析软件ANSYS简介
• 4.1 引言
• 4.2 ANSYS软件的组成简介
• 4.2.1 前处理模块
• 4.2.2 求解模块
• 4.2.3 后处理模块
• 4.2.4 本文所用的结构分析模块简介
• 4.3 本章小结
• 第5章 覆盖层下圆形衬砌结构对瞬态SH波的散射及动应力集中
• 5.1 引言
• 5.2 求解方程中的两个基本问题
• 5.2.1 NEWMARK积分法
• 5.2.2 波前求解法
• 5.3 动应力集中系数
• 5.4 问题的表述
• 5.5 算例一分析
• 5.5.1 有限元模型的建立
• 5.5.2 材料参数的选取
• 5.5.3 边界条件的处理
• 5.5.4 荷载的施加
• 5.5.5 算例一结果分析
• 5.6 算例二分析
• 5.6.1 有限元模型的建立
• 5.6.2 材料参数的选取
• 5.6.3 边界条件的处理
• 5.6.4 荷载的施加
• 5.6.5 算例二结果分析
• 5.7 算例三及与算例一、二的对比分析
• 5.7.1 有限元模型的建立
• 5.7.2 材料参数的选取
• 5.7.3 边界条件的处理
• 5.7.4 荷载的施加
• 5.7.5 算例三与算例一、二的对比分析
• 5.8 本章小结
• 结论
• 一.本文的主要结论
• 二.展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的成果
• 致谢