一种用于层状结构模型的先进计算方法

提出一种针对层状结构模型的先进计算方法。研究的层状结构通常为水平层状板或者层状半空间,结构由横观各向同性(TI)材料组成,材料对称轴指向分层方向。本文方法可以考虑材料的多场耦合特性,即热弹性、多孔弹性和磁电弹性耦合。基于最近提出的傅立叶-贝塞尔级数(FBS)向量函数系和双变量/位置(DVP)方法,建立了本文的先进计算方法。DVP能够无条件稳定地将层矩阵从一层传播到下一层。FBS向量函数系具有以下特点,(1)反映了具有明确类型的广义变形/波,(2)将展开系数预先计算为Love数,然后将其用于涉及问题的模拟。层状地球中的断层(或位错)作用、土-结构相互作用以及近地表地球剖面中的瞬态波等三个典型算例,证明了提出方法的准确性和有效性。

各向异性全平面包含多边形夹杂的非均匀问题内部弹性场的近似算法

对于各向异性全平面中包含多边形夹杂的非均匀问题,提出一种精确的闭型解和简单的迭代方法.基于特征应变等效体力的概念,首先,用沿着夹杂物边界的格林函数的线积分表示诱导弹性场;然后,将此闭形解应用到各向异性全平面中包含多边形夹杂的模型中,迭代计算夹杂为正方形和三角形量子线模型的内部弹性场;最后,将数值结果与边界元方法计算的结果进行对比.研究表明,两种算法的结果比较吻合.

多层地基对一般表载及体力的静态响应

基于作者最近的工作,本文对一般表载及体力作用下的多层弹性地基的静态响应问题给予了较详细的讨论。以柱谐向量函数系为基础,应用传播矩阵技术给出了求解此类问题所必须的公式,并且还对不同层数及不同表载作用情形的几个例子作了数字计算,在数值积分中应用了一强迫技术以加快由此所得的缓慢收敛序列的收敛速度。 无论是从本文所给公式还是从公式的程序化及数字计算来看,柱谐向量函数系,传播矩阵法及强迫技术的联合应用既具一般性,又简单且易于实际应用,因而将其用于分析实际工程问题,特别是多层地基的粘弹性响应问题将是特别方便、有效的。

横观各向同性层状半空间中的弹性位错

本文在柱向量函数系下,利用传播矩阵法求解了层状横观各向同性半空间由内部点源位锚引起的变形;对六个基本点源位错,以等价体力法推出了横观各向同性情形下的点源函数,并且给出了内部任意剪切位错源引起的地表位移的积分表达式。为研究地球的层状结构,特别是其上部的横观各向同性对地表的地震位移、应变以及倾斜场的影响提供了计算公式。

一般表载作用下的层状弹性系统的变形

本文提出了一种适应于求解多层各向同性弹性静力学问題的一般的且简洁的处理方法——即基于笛卡尔坐标与柱坐标两组向量函数系的传播矩阵法,从而避免了此类问题研究中的复杂性。在两向量函数系下分别得到了在一般表载作用下介质内任意点处的位移及应力分量的解析表达式。文中给出的算例既证实了所列公式的正确性,又表明:在数字积分中结合改进的Pad(?)近似求和法后,本文所提出的方法是非常简单且易于实际应用的。

具有光滑接触面的层状弹性系统内的位移和应力

本文将作者最近的一个工作推广到了层界面存在光滑接触的情形,对光滑接触与固接的组合(即不同个数的光滑接触面)情形给予了详细的讨论,获得了在一般表载作用下的多层弹性半空间介质内任意点处的位移及应力分量的解析表达式。所得结果包括了以前学者在某些假定下的研究工作。

负荷勒夫数渐近值解析表达式

地表质量负荷引起的地球变形问题是大地测量学和地球物理学中的一个重要的研究内容.负荷勒夫数的计算和收敛的负荷格林函数的构建是模拟地球负荷形变的基础,其中当球谐阶数趋于无穷大时负荷勒夫数的渐近值,在格林函数计算中发挥重要的作用.本文首先介绍了地表质量负荷的边值问题,然后简要回顾了目前已有的计算负荷勒夫数渐近值三种方法的推导过程,最后给出推导渐近值解析表达式的一种新方法.新方法运用求解地球变形边值问题的解析解方法,以及一种高效传播矩阵方法,建立地表边界条件与高阶负荷勒夫数之间的直接联系,解出了负荷勒夫数渐近值解析表达式.本文的解析表达式更准确地描述了负荷勒夫数的渐近特征.新方法仅涉及常系数常微分方程组的基解矩阵及基础的矩阵运算,原理简单易懂.

地球变形近似解析解的构建及应用

地球变形的理论模拟对于高精度的大地测量学和地球物理学研究具有非常重要的意义.本文首先回顾了地球变形理论模拟所采用的基本理论和目前常用的方法,以常用的龙格-库塔数值积分法为例,详细介绍了该方法存在的困难和解决途径,以及引起该方法对球谐展开的高阶项低效甚至不适用的原因.然后通过引入对地球模型参数的合理假设,介绍了解析解的构建方法.最后将该新方法用于计算位错勒夫数.作为例子,模拟了浅源爆炸引起的地表形变.结果表明本文介绍的解析解方法是非常高效和稳定的,且由此获得的位错勒夫数渐近值确保了爆炸源格林函数的收敛.

任意梯度分布板中的导波频散特性分析

研究了导波在任意梯度分布功能梯度板的频散特性.假设板的上、下表面满足应力自由边界条件,且材料参数沿板厚方向按同一函数规律变化.将功能梯度板分成若干子层,并假设各子层的材料常数均相同,以此构造带状单元.运用哈密尔顿原理,推导出导波在板中传播的特征值问题.通过求解该特征值问题,得到导波的频散特性.最后通过算例验证了本文提出方法的正确性,同时也讨论了材料参数沿板厚方向为余弦函数分布时,不同梯度参数及分层数对频散特性的影响.本文提出的方法不仅能得到导波的实频散特性,还能获得复频散特性.

任意梯度分布圆柱壳的周向导波频散分析

利用半解析方法分析了周向导波在任意梯度分布圆柱壳的频散特性.在假设材料参数沿圆柱壳径向按任意梯度变化的基础上,应用带状单元法,将功能梯度壳分成若干子层.对于细分子层可认为其材料参数为常值,并以此构造带状单元,获得导波在圆柱壳中周向传播时的特征值问题,通过求解该特征值问题,得到了导波的频散特性.最后通过算例讨论了材料参数沿径向按余弦函数分布时,不同梯度参数及内外径比对导波频散特性的影响.