多层波导中矢量波动的时域人工边界条件 被引量：4

1

作者 吴利华 赵密 杜修力 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期554-567,I0004,共15页

本文提出了一种近似的时域人工边界条件(artificial boundary condition,ABC)用来模拟含有瑞利阻尼的线弹性多层波导平面内的矢量波动,该ABC是时域稳定的,且能与有限元法无缝耦合.建立ABC的思路是,首先将多层波导的矢量波动方程简化为x... 本文提出了一种近似的时域人工边界条件(artificial boundary condition,ABC)用来模拟含有瑞利阻尼的线弹性多层波导平面内的矢量波动,该ABC是时域稳定的,且能与有限元法无缝耦合.建立ABC的思路是,首先将多层波导的矢量波动方程简化为x方向和y方向解耦的两个标量波动方程;其次基于比例边界有限元法得到无限域x方向和y方向模态空间下半离散的频域动力刚度,再用矩阵连分式近似表示x方向和y方向的频域动力刚度;最后通过辅助变量技术将连分式时域化,从而分别得到人工边界上x方向和y方向的时域ABC.方法中影响计算精度和计算效率的参数有无限域的模态数n、连分式阶数J和人工边界远离兴趣域的距离L.数值算例表明,仅需将被载荷激起的无限域的模态数n参与计算,一般可以取J=3,L的取值基本与地下结构尺寸无关,它与土层的总层高H成正比关系,关系系数与土层的材料参数有关. 展开更多

关键词 人工边界条件 连分式 多层波导 矢量波 比例边界有限元法

在线阅读 下载PDF 职称材料

无限域波传播分析的高精度连分式人工边界条件 被引量：1

2

作者 赵密 梁玲玉 杜修力 《地震工程与工程振动》 CSCD 北大核心 2015年第4期21-26,共6页

针对无限域波传播问题的频域解析动力刚度关系,提出一种新的连分式逼近来代替频域动力刚度,建立了基于动力刚度连分式的高精度时域人工边界条件。该边界条件能够与有限元法无缝结合,通过引入一定数量的辅助变量,避免频域人工边界条件直... 针对无限域波传播问题的频域解析动力刚度关系,提出一种新的连分式逼近来代替频域动力刚度,建立了基于动力刚度连分式的高精度时域人工边界条件。该边界条件能够与有限元法无缝结合,通过引入一定数量的辅助变量,避免频域人工边界条件直接转化到时域内高计算和存储成本的卷积运算。数值算例表明,该边界条件具有较高的计算精度和良好的稳定性。 展开更多

关键词 波传播 有限元法 人工边界条件 连分式 高精度

在线阅读 下载PDF 职称材料

凹角型区域上双曲型外问题的人工边界条件

3

作者 鞠银 汪银乐 王美珍 《南京师大学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2010年第3期7-13,共7页

研究凹角型区域上双曲型外问题的人工边界条件.利用构造法获得了圆形人工边界上精确的和近似的人工边界条件.利用新得的人工边界条件,用有限差分方法求解相应问题的数值解.最后给出数值例子以示文中所得的人工边界条件的有效性.

关键词 凹角区域 双曲外问题 人工边界条件 数值解

在线阅读 下载PDF 职称材料

凹角形区域上抛物型外问题的人工边界条件

4

作者 鞠银 杜其奎 《河南科技大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2009年第6期82-86,共5页

研究凹角形区域上抛物型外问题的人工边界条件。利用构造法获得了圆形人工边界上的精确的和近似的人工边界条件。利用所得的人工边界条件,用有限差分方法求解相应问题的数值解。最后给出数值例子以示文中所得的人工边界条件的有效性。

关键词 凹角区域 抛物外问题 人工边界条件 数值解

在线阅读 下载PDF 职称材料

波动数值模拟中的外推型人工边界条件 被引量：7

5

作者 邢浩洁 李小军 +3 位作者 刘爱文 李鸿晶 周正华 陈苏 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期1480-1495,I0005,共17页

当前波动数值模拟中的人工边界条件(artificial boundary condition,ABC)数量繁多,但用于串联它们的理论及公式体系还需进一步完善,以便在复杂波动问题模拟中更准确地选取ABC并评估其性能.本工作发展一种外推型人工边界条件理论,将一系... 当前波动数值模拟中的人工边界条件(artificial boundary condition,ABC)数量繁多,但用于串联它们的理论及公式体系还需进一步完善,以便在复杂波动问题模拟中更准确地选取ABC并评估其性能.本工作发展一种外推型人工边界条件理论,将一系列利用临近边界一组节点在前若干时刻的运动来外推人工边界节点运动的经典ABC纳入一个体系.这些ABC包括廖氏透射边界(multi-transmittig formula,MTF)、旁轴近似边界、Higdon边界以及Givoli-Neta、Hagstrom-Warburton、AWWE辅助变量边界等.针对现有边界公式存在的不足,分别提出一种引入多个人工波速进行优化的MTF公式(离散公式)和一种定义在统一局部坐标之上并采用多个人工波速作为控制参数的统一Higdon边界公式(连续公式或微分方程形式ABC),作为外推型ABC的两个基本公式.这二者是最简单实用的外推型ABC,其他同类ABC大多可以由它们转化得到,或者通过某种等价的中间形式与之相关联.数值试验证实了理论的正确性,并初步展示了多人工波速ABC比传统单一人工波速ABC所具有的优势.研究结果不仅具有重要理论价值,还为更好地解决具有差异较大的多种物理波速的复杂波动,如大纵横波速比的软土介质中波动或海洋声学、气象学中的频散波动等的ABC问题提供了实用方法. 展开更多

关键词 波动数值模拟 人工边界条件 时空外推 边界精度控制原理 多人工波速

在线阅读 下载PDF 职称材料

凹角区域双曲外问题的精确人工边界条件 被引量：2

6

作者 艾焰 杜其奎 冯崇岭 《高校应用数学学报（A辑）》 CSCD 北大核心 2007年第4期447-454,共8页

研究一类凹角区域双曲型外问题的数值方法.先用Newmark方法对时间进行离散化,在每个时间步求解一个椭圆外问题.然后引入人工边界,并获得精确的人工边界条件.给出半离散化问题的变分问题,证明了变分问题的适定性,并给出了误差估计.最后... 研究一类凹角区域双曲型外问题的数值方法.先用Newmark方法对时间进行离散化,在每个时间步求解一个椭圆外问题.然后引入人工边界,并获得精确的人工边界条件.给出半离散化问题的变分问题,证明了变分问题的适定性,并给出了误差估计.最后给出数值例子,以示该方法的可行性与有效性. 展开更多

关键词 凹角区域 Newmark方法 精确人工边界条件 误差分析 外问题

在线阅读 下载PDF 职称材料

阻尼色散波的人工边界条件

7

作者 黄良易 王贤明 《高技术通讯》 CAS 2023年第11期1192-1201,共10页

本文设计阻尼色散波问题的数值人工边界条件。本文采用匹配边界条件方法,通过匹配阻尼色散波的特征频率-波数关系,构造了准确的局部人工边界条件。匹配边界条件方法利用人工边界附近原子位移、速度的线性组合形式构造人工边界条件,并通... 本文设计阻尼色散波问题的数值人工边界条件。本文采用匹配边界条件方法,通过匹配阻尼色散波的特征频率-波数关系,构造了准确的局部人工边界条件。匹配边界条件方法利用人工边界附近原子位移、速度的线性组合形式构造人工边界条件,并通过匹配色散波频率-波数关系的方式确定其组合系数。本文以一维无限长阻尼单原子链为例,以频率而非波数作为自变量,建立了阻尼色散波的频率-复数波数关系式。通过匹配该色散关系构造的匹配边界条件能够有效处理不同波速、不同空间衰减率的阻尼波。反射系数分析和数值算例均验证了此人工边界条件的有效性。该人工边界条件形式紧凑、构造方便、计算量小、吸收高效,适用于晶体的分子动力学模拟及多尺度计算。 展开更多

关键词 阻尼色散波 人工边界条件 匹配边界条件 色散关系 反射系数 多尺度计算

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于动态人工波速的透射边界

8

作者 李小军 张恂 邢浩洁 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期2924-2935,共12页

人工边界处理是近场地震波动数值模拟的关键问题,其中透射边界(multi-transmitting formula,MTF)是一种应用较为广泛的人工边界方法,但它也存在计算精度与稳定性相互冲突的问题.为提高稳定性较好的低阶边界的模拟精度,发展出一种动态人... 人工边界处理是近场地震波动数值模拟的关键问题,其中透射边界(multi-transmitting formula,MTF)是一种应用较为广泛的人工边界方法,但它也存在计算精度与稳定性相互冲突的问题.为提高稳定性较好的低阶边界的模拟精度,发展出一种动态人工波速透射边界,能够适应复杂波动中外行波透射角随时间大幅度变化的情形,并探讨了动态人工波速识别这一关键问题.通过在当前时刻波场中沿人工边界附近划定观察窗口,并在一段时间之前某时刻波场中构建出一组与边界法线夹角在-90°~90°范围变化的筛选窗口,设计出一种对这两个时刻局部窗口中的波场进行比对的图像处理方法来识别外行波的透射角度.将识别得到的透射角度用于动态更新透射边界的人工波速,实现基于动态人工波速透射边界的波动模拟.在SH波动数值模拟中分别以单一脉冲波的简单波动和多个平面波叠加的复杂波动为例,证明所发展的动态人工波速透射边界对于不同透射角的波动成分均具有较好的适应性,模拟精度显著优于采用经验固定人工波速的传统透射边界.该方法为发展和完善高精度且计算稳定的人工边界提供了一个全新的研究思路. 展开更多

关键词 地震波动 人工边界条件 透射边界 人工波速 图像处理

在线阅读 下载PDF 职称材料

ABAQUS中动力问题边界条件的选取 被引量：21

9

作者 孙海峰 景立平 +1 位作者 孟宪春 王宁伟 《地震工程与工程振动》 CSCD 北大核心 2011年第3期71-76,共6页

数值模拟是研究半无限域中结构地震反应的重要手段,而边界条件的选取则直接影响到数值模拟结果的可靠性。本文应用有限元软件ABAQUS,分别采用固定边界条件、黏性边界条件和远置边界条件对简单弹性半无限介质的波源问题和散射问题进行了... 数值模拟是研究半无限域中结构地震反应的重要手段,而边界条件的选取则直接影响到数值模拟结果的可靠性。本文应用有限元软件ABAQUS,分别采用固定边界条件、黏性边界条件和远置边界条件对简单弹性半无限介质的波源问题和散射问题进行了数值模拟分析,结果显示:使用固定边界时,波动不能穿过边界面进入半无限介质,这与波动在半无限介质中传播的规律不符。通过与远置边界对比可知:使用黏性边界条件可以很好地模拟地震波穿过人工边界向半无限介质传播的真实情况,可以得到与使用远置边界相同精度的结果。 展开更多

关键词 数值模拟 黏性人工边界条件 波源问题 散射问题

在线阅读 下载PDF 职称材料

深埋地下结构静动力耦合响应分析的边界条件设置方法 被引量：9

10

作者 赵跃堂 罗中兴 +1 位作者 李振慧 储程 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第5期1495-1500,共6页

针对深埋地下结构的荷载环境特点,提出了深埋地下结构静动力耦合计算过程中边界条件的合理设置方法。该方法通过构建边界上的力系来平衡计算区域的初始地应力,然后将该力系设置成阶跃函数形式的动荷载作用于边界,并与后续的动荷载共同... 针对深埋地下结构的荷载环境特点,提出了深埋地下结构静动力耦合计算过程中边界条件的合理设置方法。该方法通过构建边界上的力系来平衡计算区域的初始地应力,然后将该力系设置成阶跃函数形式的动荷载作用于边界,并与后续的动荷载共同作用。研究表明,一次完整的地下结构静动力耦合分析过程,边界条件必须经过变换设置才能得到合理的计算结果。另外,只要计算软件具有黏性边界条件设置功能就能准确地完成地下结构静动力耦合响应分析。算例分析显示,该边界条件设置方法精度和效率高,简单适用。 展开更多

关键词 人工边界条件 耦合静动力分析 深埋地下结构

在线阅读 下载PDF 职称材料

土石坝动力分析人工边界处理方法 被引量：4

11

作者 杨正权 刘小生 +2 位作者 董承山 汪小刚 赵剑明 《防灾减灾工程学报》 CSCD 北大核心 2015年第4期440-446,共7页

我国很多在建或拟建土石坝工程位于地震高烈度区,土石坝的动力反应特性和抗震性能成为工程界关注的焦点。在坝体-地基系统动力分析中,可以通过在截断边界上施加人工边界,解决外行散射地震波无法透过固定边界、在坝体内反复反射、显著增... 我国很多在建或拟建土石坝工程位于地震高烈度区,土石坝的动力反应特性和抗震性能成为工程界关注的焦点。在坝体-地基系统动力分析中,可以通过在截断边界上施加人工边界,解决外行散射地震波无法透过固定边界、在坝体内反复反射、显著增大坝体结构反应的问题。介绍了目前结构动力分析中广泛采用的几种人工边界条件(主要包括透射边界、粘性边界和粘弹性边界),评述了各自的优缺点,着重分析了粘弹性人工边界应用于覆盖层上土石坝动力分析所面临的问题和解决对策。结果表明,粘弹性边界条件能够吸收外行散射地震波能量、模拟人工边界外无限地基介质的弹性恢复性能,可以应用于深厚覆盖层上土石坝动力分析边界处理研究。 展开更多

关键词 土石坝 动力分析 人工边界条件 粘弹性边界 深厚覆盖层

在线阅读 下载PDF 职称材料

地震作用下场地有限元建模时底部边界条件的影响

12

作者 白建方 董士欣 《震灾防御技术》 CSCD 北大核心 2018年第1期41-51,共11页

用有限元方法对场地进行地震反应分析时需将半无限域的场地有限化。本文针对底部人工边界的设置,采用滞回阻尼假设,推导了同时包含辐射阻尼和材料阻尼的均质场地地表位移放大系数解析式,进而研究了材料阻尼和辐射阻尼的变化对放大系数... 用有限元方法对场地进行地震反应分析时需将半无限域的场地有限化。本文针对底部人工边界的设置,采用滞回阻尼假设,推导了同时包含辐射阻尼和材料阻尼的均质场地地表位移放大系数解析式,进而研究了材料阻尼和辐射阻尼的变化对放大系数的影响。有限元建模时相当于忽略了辐射阻尼,计算误差会随着所分析场地阻抗的增加而逐渐增大,在共振区附近,忽略任一种阻尼的影响,都将显著地高估地表动力反应;远离共振区,阻尼的影响会迅速衰退。本文提出了通过增加场地材料阻尼来弥补所忽略的辐射阻尼的思路,并给出了有限元建模时考虑辐射阻尼后新的材料阻尼的确定方法。 展开更多

关键词 底部人工边界条件 场地地震反应分析 有限元方法 辐射阻尼 材料阻尼

在线阅读 下载PDF 职称材料

透射边界高频失稳机理及其消除方法——SH波动 被引量：16

13

作者 谢志南 廖振鹏 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第4期745-752,共8页

用有限元法求解近场波动问题,须选取人工边界条件以实现对无限域稳定、高效的数值模拟.该文探讨了SH波导有限元数值模拟中透射边界引发的高频失稳问题.从离散模型出发,分析了内节点与人工边界节点运动方程频散曲线之间的匹配关系,揭示... 用有限元法求解近场波动问题,须选取人工边界条件以实现对无限域稳定、高效的数值模拟.该文探讨了SH波导有限元数值模拟中透射边界引发的高频失稳问题.从离散模型出发,分析了内节点与人工边界节点运动方程频散曲线之间的匹配关系,揭示了高频失稳的一种机理,即二者相互耦合所得计算方案支持自发从人工边界向计算区域内行进的高频波动.提出通过调整内节点运动方程以改变这一匹配关系,从而消除失稳的措施.理论分析与数值结果表明该措施能有效地消除高频振荡失稳. 展开更多

关键词 人工边界条件 数值失稳 波动 有限元 频散曲线 群速度

在线阅读 下载PDF 职称材料

多次透射边界在ANSYS软件中的应用 被引量：20

14

作者 孔戈 丁海平 +2 位作者 金星 周健 张冬茵 《工程抗震与加固改造》 2005年第2期67-70,26,共5页

利用ANSYS二次开发语言APDL和UIDL语言编制了用户程序包,使ANSYS在进行土—结构系统动力分析时,通过每一步计算,都能够利用模拟无限域影响的人工边界条件———多次透射公式对边界节点的位移进行修正的方法,实现了多次透射边界条件在AN... 利用ANSYS二次开发语言APDL和UIDL语言编制了用户程序包,使ANSYS在进行土—结构系统动力分析时,通过每一步计算,都能够利用模拟无限域影响的人工边界条件———多次透射公式对边界节点的位移进行修正的方法,实现了多次透射边界条件在ANSYS中的应用。数值实验表明,这种方法能够提高ANSYS进行土—结构体系动力反应分析时的计算精度,同时,也简化了地震动输入的处理步骤。 展开更多

关键词 ANSYS软件 多次透射边界 应用 二次开发语言 多次透射公式 人工边界条件 透射边界条件 动力反应分析 IDL语言 地震动输入 APDL 动力分析 结构系统 边界节点 数值实验 计算精度 结构体系 处理步骤 程序包 无限域

在线阅读 下载PDF 职称材料

一种新的高阶弹簧-阻尼-质量边界——无限域圆柱对称波动问题 被引量：3

15

作者 杜修力 赵密 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第2期207-215,共9页

提出一种描述力-位移时间卷积关系的高阶弹簧-阻尼-质量模型,并将其作为人工边界条件直接应用于弹性动力学无限域圆柱对称运动问题的时域数值求解.该人工边界条件不存在旁轴近似、多次透射等位移型外推人工边界条件普遍存在的高、低频... 提出一种描述力-位移时间卷积关系的高阶弹簧-阻尼-质量模型,并将其作为人工边界条件直接应用于弹性动力学无限域圆柱对称运动问题的时域数值求解.该人工边界条件不存在旁轴近似、多次透射等位移型外推人工边界条件普遍存在的高、低频失稳问题;与黏性、黏弹性边界等应力型人工边界条件相比,它具有高阶精度,且是严格高、低频双渐近的,也可以退化到黏性、黏弹性边界;该边界可以像黏性、黏弹性边界一样利用商用有限元软件中内置的并联弹簧-阻尼器、质量单元和时间积分求解器在商用软件中方便地实现,便于研究人员和工程师应用.分析的几个简单数值算例也验证了该边界条件的上述优点. 展开更多

关键词 无限域 人工边界条件 弹簧-阻尼-质量模型 高阶 圆柱对称波动问题

在线阅读 下载PDF 职称材料

自然边界积分方程及相关计算方法 被引量：8

16

作者 余德浩 《燕山大学学报》 CAS 2004年第2期111-113,共3页

介绍了自然边界归化理论与D-N边界积分算子,圆周、椭圆周与球面上的人工边界条件,及自然边界 元与有限元耦合算法、区域分解算法和其它相关的计算方法,并对这些数值方法进行了分析比较。

关键词 边界积分方程 自然边界元法 人工边界条件 区域分解算法 有限元耦合算法 数值方法

在线阅读 下载PDF 职称材料

透射边界零频飘移失稳数值解增长模式解释 被引量：4

17

作者 谢志南 《地震工程与工程振动》 CSCD 北大核心 2014年第4期15-20,共6页

高阶透射边界能高效吸收入射至人工边界波动,但其引发的一类典型的数值失稳问题-零频飘移失稳仍未得到很好解决。已有的零频飘移失稳机理还不完善,如难以解释数值模拟中观测到的飘移失稳现象。这一局部失稳现象表现为:失稳从人工边界节... 高阶透射边界能高效吸收入射至人工边界波动,但其引发的一类典型的数值失稳问题-零频飘移失稳仍未得到很好解决。已有的零频飘移失稳机理还不完善,如难以解释数值模拟中观测到的飘移失稳现象。这一局部失稳现象表现为:失稳从人工边界节点开始,然后向计算区域内延拓;节点向一方向运动,而不再以其初始位置为中心振动。为此结合模态分析及Z变换,本文基于一维波动模型分析了飘移失稳机理及飘移失稳数值解增长模式与透射边界精度阶之间的关系。 展开更多

关键词 透射边界 零频失稳 波动数值模拟 群速度 GKS稳定性分析 人工边界条件

在线阅读 下载PDF 职称材料

动力边界模型对土与结构非线性动力系统数值计算影响的分析(英文) 被引量：2

18

作者 吴艺 房营光 《科学技术与工程》 2007年第15期3803-3810,共8页

对不同参数条件下自由的远置边界、固定的远置边界、简单的远置边界、粘性局部人工边界和粘弹性局部人工边界等动力边界模型对土与结构非线性相互作用数值计算的影响进行了分析,根据实例计算分析了各种动力边界模型的有效性、数值计算... 对不同参数条件下自由的远置边界、固定的远置边界、简单的远置边界、粘性局部人工边界和粘弹性局部人工边界等动力边界模型对土与结构非线性相互作用数值计算的影响进行了分析,根据实例计算分析了各种动力边界模型的有效性、数值计算量及计算结果的可靠性。分析结果表明:不同的远置边界模型,对地基计算的合理取值范围有重要的影响,而只要地基的计算范围取得合理,都获得可靠的数值计算结果;粘性与粘弹性局部人工边界对数值计算结果虽有一定的影响,但具有足够的可靠性,而且可把地基计算范围取得较小,大大地减小数值计算量,在满足工程设计计算精度要求的基础上有效地节约计算成本。 展开更多

关键词 非线性动力相互作用 人工边界条件 可靠性

在线阅读 下载PDF 职称材料

P-SV波斜入射时成层半空间自由场的时域算法 被引量：30

19

作者 赵密 杜修力 +1 位作者 刘晶波 韩强 《地震工程学报》 CSCD 北大核心 2013年第1期84-90,共7页

刘晶波和王艳提出了一种弹性水平成层半空间中平面P-SV波斜入射时平面内自由波场时域计算的一维化有限元方法,该方法采用黏性人工边界条件近似地模拟下部基岩半空间的辐射阻尼,可导致平面P-SV波以大角度入射时自由场计算精度降低。本文... 刘晶波和王艳提出了一种弹性水平成层半空间中平面P-SV波斜入射时平面内自由波场时域计算的一维化有限元方法,该方法采用黏性人工边界条件近似地模拟下部基岩半空间的辐射阻尼,可导致平面P-SV波以大角度入射时自由场计算精度降低。本文提出一种精确模拟基岩半空间辐射阻尼的人工边界条件。由于基岩半空间中外行波是传播方向已知的平面P波和SV波,利用弹性介质的应力—位移本构关系建立了人工边界处应力与速度的阻抗边界条件;采用该人工边界条件替代黏性边界条件,改进了P-SV波斜入射时成层半空间自由场的时域算法。数值试验表明,与采用黏性边界条件的自由场算法相比,改进方法具有更高的计算精度,其计算结果与理论解吻合更好。 展开更多

关键词 成层介质 平面内波动 斜入射 时域数值算法 人工边界条件

在线阅读 下载PDF 职称材料

消除多次透射公式飘移失稳的措施 被引量：31

20

作者 周正华 廖振鹏 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2001年第4期550-554,共5页

基于对双曲型偏微分方程数值解稳定性的　ＧＫＳ　（Ｇｕｓｔａｆｓｓｏｎ，　Ｋｒｅｉｓｓ　ａｎｄ　Ｓｕｎｄｓｔｒｏｍ）准则的一种物理解释，提出了在波动数值模拟中消除多次透射公式飘移失稳的一个简单措施，并用波源问题和散射问... 基于对双曲型偏微分方程数值解稳定性的　ＧＫＳ　（Ｇｕｓｔａｆｓｓｏｎ，　Ｋｒｅｉｓｓ　ａｎｄ　Ｓｕｎｄｓｔｒｏｍ）准则的一种物理解释，提出了在波动数值模拟中消除多次透射公式飘移失稳的一个简单措施，并用波源问题和散射问题的数值试验检验了这一措施在稳定实现多次透射公式中的有效性． 展开更多

关键词 多次透射公式 波动 数值模拟 飘移失稳 消除措施 GKS准则 波源 散射 震源时间函数 人工边界条件

在线阅读 下载PDF 职称材料