SH波入射下正交各向异性双相介质界面附近圆孔的动应力集中

基于复变函数和格林函数的方法,探讨了SH波在具有圆孔的正交各向异性两相介质中的散射,分析了圆孔周围的动态响应规律。首先建立问题的二维解析模型,将全空间分为两个部分:均匀各向同性上半空间以及含圆柱形孔洞的正交各向异性下半空间。采用格林函数法推导出了两半空间界面处各点的格林函数表达式,并引入复变量,构造出了SH波入射下求解区域内位移和应力的表达式。考虑界面的连续性条件,将未定反平面力加载到两个半空间的水平界面上,推导出Fredholm定解积分方程组,用弱奇异积分方程的直接离散方法求解。最终通过算例分析,发现介质的正交各向异性参数、入射波波数、角度以及孔洞埋深等对下半空间圆孔周边的动应力集中系数(DSCF)影响显著。

直角域中角点凹陷与浅埋孔洞对SH波的散射

为得到直角域中角点凹陷与浅埋孔洞的动态响应解析解,基于波函数展开法结合“镜像”思想构造角点凹陷和浅埋孔洞处的散射波场,采用傅里叶积分变换和坐标移动技术求解散射波场中的未知系数。通过参数化分析讨论入射波角度、频率及孔洞位置变化时,直角域中角点凹陷与浅埋孔洞对水平剪切(SH)波散射的影响。结果表明:SH波高频入射时,角点凹陷与浅埋孔洞之间的距离越近,孔洞处动应力的集中现象越明显,且要特别关注垂直和水平入射的情况,此时孔洞处动应力集中系数(DSCF)最大。

考虑地应力影响的深埋圆形管道在爆破P波作用下的动力响应

爆破等动力扰动散射产生动应力集中是导致地下结构发生失稳破坏的重要因素。基于波函数展开法建立了平面P波入射下深埋管道的理论模型,引入傅里叶变换和Duhamel积分方法求解了深埋圆形输水管道周围的瞬态响应,分析了波长对瞬态响应的影响。考虑到地应力是深部结构失稳不可忽略的因素,而含初始应力的动力学方程无法有效解耦,因此借助LS-DYNA有限元软件建立数值模型,分析了初始应力作用下深埋管道的动力响应机制。研究结果表明:短波入射产生的压应力集中更大,长波入射导致的拉应力集中更大,沿入射方向极易出现拉应力集中。在初始应力的作用下,侧压系数越大,对动态应力集中响应的抑制作用愈发明显;另外,处于初始应力状态下的管道及周围岩体在受到动态冲击时,应力状态会发生较为剧烈的波动。这些研究现象揭示了地下管道的动态响应机制以及地应力环境产生的影响,对深部地下结构的抗震优化设计具有借鉴和指导意义。

初始应力下巷道围岩瞬态P波扰动响应研究

为了解决工程现场中动态扰动对巷道围岩稳定性造成影响的问题,揭示动力扰动对地下结构破坏的理论机理,基于波函数展开法,求解了无初始应力状态下圆形巷道周边的动态应力分布。并通过LS-DYNA有限元软件研究了弹性巷道围岩中初始应力对动态应力集中的影响。在垂直方向应力为30 MPa和孔洞轴向方向应力为10 MPa条件下,分别取不同侧压系数,得到在无初始应力状态下和有初始应力状态下的圆形巷道周边的动态应力集中因子(DSCF)以及动态应力放大系数(DSAF)的分布。研究表明初始应力对圆形巷道动态响应的影响并不是简单的线性叠加,而是一个动态的应力平衡过程;初始应力状态下,DSCF的分布与无初始应力分布大致相同,在侧压系数为1时,孔边的最大DSCF较无初始应力状态下的增大了0.3左右;在初始应力状态下,孔边的应力变化会出现不规律的波动,在动载应力下降段,孔边将出现主应力的偏转和应力释放,导致急剧的应力变化;孔洞周边围岩的DSAF随侧压系数的增大而减小。

含任意直线型裂纹的直角域中圆柱夹杂对SH波的散射

采用Green函数及复变函数方法研究了SH波作用下直角域内任意直线型裂纹对圆柱弹性夹杂的影响。首先,取含有圆柱弹性夹杂的直角域内任意一点承受时间谐和的出平面线源荷载作用时的位移函数基本解作为适合Green函数;其次,利用裂纹切割技术构造裂纹,并写出圆柱夹杂与裂纹同时存在时的位移场和应力场;最后,给出圆柱弹性夹杂动应力集中系数的算例和结果,并讨论了裂纹的存在对动应力集中系数的影响。

双相介质弹性半空间垂直界面附近椭圆形夹杂对SH波的散射

采用复变函数法和Green函数法研究了SH对双相介质弹性半空间垂直界面附近椭圆形夹杂的散射问题。首先,利用保角映射的方法将椭圆边界外域映射为单位圆外域,得到椭圆夹杂对SH波的散射位移场,并通过"虚设点源"的方法求出四分之一区域内的Green函数;其次,利用界面"契合"的思想,通过在界面上添加附加力系建立待解外力系的第一类Fredholm积分方程组,通过离散的方法并考虑波函数的衰减性将无穷代数方程组进行截断,求出剖分面上的未知外力系。最后,通过具体算例给出了不同参数条件下椭圆形夹杂周边的动应力集中情况。结果表明,垂直界面、入射角度、入射波数、介质参数等因素均对动应力集中系数有一定的影响。

SH波对界面含有半圆形脱胶的圆柱形弹性夹杂的散射的近似分析

采用Green函数法、复变函数法研究了SH波对界面附近含有半圆形脱胶的圆柱形弹性夹杂的散射,并给出了动应力集中系数的数值结果.首先,界面将整个空间分成上下两部分.在下半空间,给出在含有半圆形凸起的圆柱形弹性夹杂的弹性半空间中,水平表面上任意一点承受时间谐和的出平面线源荷载作用时的位移函数.其次,取该位移函数作为Green函数.上下空间连接时在界面处满足连续性条件,构造出半圆形脱胶裂纹,进而求出应力和位移的表达式.最后作为算例,给出了动应力集中系数的数值结果,分析了介质参数和入射波参数对动应力集中的影响情况.

含圆柱形衬砌直角域压电体的动力反平面特性

探讨了直角域附近一圆形衬砌对压电材料的反平面动力学行为的影响.通过利用镜像法对直角域情况进行等效处理到全空间中,在复数域中利用衬砌周围的边界条件构造方程求解未知系数,并通过编程进行最终的数值计算得出压电材料在衬砌周围的动应力和电场集中系数.在数值计算中,重点讨论了衬砌和基体为不同材料、衬砌和基体电极化方向相同和不同时,它们随压电材料物理系数、结构几何参数,以及入射波的频率变化的计算结果.结果表明,在SH波的作用下,压电材料在衬砌周围的动应力集中系数和电场集中系数都有一定的相似性,并且沿衬砌周围有规律的分布,然而在入射波的频率较低时二者的值相对较大,同时计算结果还与全空间衬砌下的计算结果有一定的相似性.

含裂纹的直角域中凸起与衬砌的动态性能分析

为了研究直角域中裂纹附近缺陷对SH波的散射,采用复变函数法、镜像法和裂纹切割法研究直角域中裂纹附近凸起和衬砌的动应力集中问题,给出了圆形衬砌周边的动应力集中系数与裂纹尖端动应力强度因子的解析表达式,并给出了它们随入射波频率、材料的物理常数和结构几何参数变化的计算结果图。结果表明:入射频率、裂纹长度对动应力集中系数影响显著,高频入射时动应力集中系数最大值比低频入射时提高20%,增加衬砌厚度并不一定能使动应力集中系数减小,入射频率对地表位移影响较大。对含缺陷的直角域进行动力学分析非常必要。

含有直线裂纹的直角域中椭圆形夹杂对SH波的散射

利用Green函数法、复变函数法及保角映射技术研究了SH波作用下直角域中直线裂纹对椭圆形夹杂动应力集中系数的影响.采用保角映射法和镜像叠加原理构造了一个能自动满足直角平面两个直线边界应力自由边界条件的散射位移场,并取含有椭圆形夹杂的直角域中任意一点承受时间谐和的出平面线源载荷作用下的位移基本解作为适合的Green函数.利用裂纹'切割'技术构造直线裂纹,进而得出裂纹与椭圆形夹杂共存时的位移场和应力场.通过具体算例讨论了入射波数、裂纹角度、裂纹长度等因素对椭圆形夹杂周边动应力集中系数的影响.

线源荷载对半圆形凸起圆形夹杂附近浅埋圆孔的动力作用

采用复变函数法和Green函数法研究了在水平界面承受出平面线源荷载时弹性半空间内半圆形凸起的圆柱形弹性夹杂对浅埋圆孔的动力作用。该问题采用"分区"、"契合"思想求解。首先,将整个求解区域分割成两部分,其一为含半圆形凹陷和圆孔的弹性半空间,其二为圆柱形弹性夹杂;其次,构造满足含半圆形凹陷半空间水平界面应力自由和圆孔边界应力自由的散射波,构造满足圆形夹杂上半表面应力自由下半表面应力连续条件的驻波和散射波;最后,在两个区域的"公共边界"上实施"契合",满足公共边界处位移和应力的连续性条件,同时满足圆孔边界应力自由的边界条件,建立起求解该问题的无穷代数方程组,并就具体算例分析讨论了浅埋圆孔边缘动应力集中系数(DSCF)的数值结果。结果表明:圆柱形弹性夹杂的"软"、"硬"对浅埋圆孔孔边动应力集中系数有不同的影响。

双相介质半空间椭圆形夹杂与直线裂纹对SH波的散射

利用Green函数法、复变函数法和保角映射法研究了双相介质半空间存在直线裂纹与椭圆形夹杂组成的复合缺陷对SH波的散射问题并给出了解析解。采用保角映射法将椭圆形夹杂外域映射为单位圆外域并利用镜像叠加原理构造了一个能自动满足直角域两个直线边界应力自由边界条件的散射位移场。利用裂纹"切割"技术构造区域I中的直线裂纹,并根据弹性叠加原理得出直角域中同时存在裂纹与椭圆形夹杂时的位移场和应力场。采用"契合"法在界面上添加未知的外力系以满足界面上的应力和位移连续性条件,根据连续性条件建立求解未知力系的定解积分方程组,并通过截断有限项求解。具体算例给出了不同参数条件下椭圆形夹杂的动应力集中系数分布情况,结果表明裂纹将对椭圆形夹杂的动应力集中系数的分布产生影响。

爆破地震波作用下既有圆形隧道衬砌动应力集中系数分析

将爆破地震波进行合理近似简化,采用波函数展开法,推导出无限岩石介质中爆破地震波作用下隧道围岩和衬砌动应力集中系数的表达式。结合具体算例,分析隧道不同位置上爆破地震波主频、隧道几何参数和隧道围岩和衬砌物理力学指标对动应力集中系数的影响。分析结果表明,爆破地震波主振频率对隧道围岩和衬砌中的动应力集中系数(DSCF)影响较大,隧道不同位置和不同方向应力的动应力集中系数随主振频率的变化趋势不同,低主振频率引起的动应力集中系数较大,不利于隧道的抗爆破振动;隧道几何参数对隧道围岩和衬砌内侧切向应力动应力集中系数影响趋势不同;隧道衬砌弹性模量对隧道结构动应力集中系数影响较大,泊松比次之;泊松比较大的隧道围岩具有一定的抗爆破振动作用,但效果有限。

SH波对内含裂纹衬砌结构的散射及动应力集中

当衬砌结构内含裂纹时 ,采用Green函数的方法 ,研究了SH波对裂纹的散射及其动应力集中 ,构造了在含有半圆形衬砌的弹性半空间上 ,在水平面上任一点承受时间谐和出平面线源载荷作用时的位移函数作为Green函数 ;推导了SH波对衬砌内有裂纹的散射定解积分方程组 ,进而求得裂纹尖端的动应力因子 ,重点讨论了衬砌及周围介质对裂纹尖端动应力因子的影响 ,给出了介质参数变化对裂纹尖端动应力因子的影响曲线 。

半空间双相介质垂直界面裂纹附近圆形衬砌和半圆凹陷对SH波的散射

利用Green函数法、镜像法与多级坐标法,对半空间中半圆凹陷和圆形衬砌对SH波的散射进行分析,得到其稳态响应。利用镜像法得到了满足水平边界应力自由、垂直边界位移与应力连续的波函数解析表达式。根据垂直边界连续性条件,利用"裂纹切割法"和"契合法"建立起求解问题的第一类Fredholm型积分方程,得到了圆形衬砌周边的动应力集中系数与裂纹尖端动应力强度因子的解析表达式。数值算例分析了入射波数、衬砌深度、半圆凹陷大小、裂纹长度等对动应力集中系数、裂纹尖端动应力强度因子与地表位移的影响,并与已有文献进行比较。

SH波与界面多圆孔的散射及动应力集中

研究了平面ＳＨ波对相邻多个界面圆孔的散射及其动应力集中．为了求解，首先利用复 变函数和多极坐标方法构造了在含有多个半圆形缺口的弹性半空间，水平面上任一点承受时间 谐和出平面线源载荷作用时的位移，即 Ｇｒｅｅｎ函数，且采用“契合”模型，推导了 ＳＨ波对相 邻多个界面圆孔散射的定解积分方程组，进而求得圆孔附近的动应力系数，作为算例，讨论了 具有两个界面圆孔对ＳＨ波的散射及其相互影响，给出了孔附近的动应力分布曲线．

柱面SH波在地下圆形衬砌洞室周围散射解析解

采用波函数展开法给出了半空间中柱面SH波在圆形衬砌洞室周围散射的解析解,并对解答的精度进行了分析。通过数值算例分析了入射频率、波源与洞室的距离、洞室埋深、衬砌刚度等对洞室衬砌动应力集中因子的影响。研究表明,柱面波在地下衬砌洞室周围的散射与平面波情况有着显著的差别,衬砌动应力集中因子和波源与洞室的距离密切相关;柱面波在全空间衬砌洞室周围的散射与半空间情况有着显著的差别,半空间地表对动应力集中因子有着重要影响。

柱面波在半空间中洞室周围的散射

采用一种间接边界积分方程法求解了柱面波在半空间中洞室周围的散射问题。通过边界条件的验算以及退化解答与精确解的比较,验证了本文方法的计算精度。文中主要分析了入射波频率、波源与洞室距离等参数对洞室附近地表位移响应和洞室动应力集中的影响,得出了一些有益的结论。

界面上圆形衬砌结构对平面SH波散射

研究界面上的圆形衬砌结构对平面SH波散射与动应力集中问题.在一个含有半圆形衬砌缺口的弹性半空间水平面上,Green函数是受时间谐和的出平面线源载荷作用的位移基本解.采用沿界面“剖分”圆形衬砌结构的方法,并利用界面连续性条件建立起问题的定解积分方程组,进而得到圆形衬砌上的动应力集中解.最后给出了关于界面圆形衬砌结构上动应力集中系数的数值结果,并对界面圆形衬砌结构的动应力集中系数的影响进行了讨论.

双相介质半空间中椭圆形夹杂及直线裂纹对SH波的散射

采用Green函数法和保角映射法研究了双相介质半空间中位于界面两侧的浅埋椭圆形夹杂和直线裂纹对SH的散射问题。首先,将研究模型沿垂直界面剖分为两个直角平面进行研究:含有椭圆形夹杂的区域I和含有直线裂纹的区域II。利用保角映射法和镜像叠加原理构造区域I内的散射波场,利用裂纹"切割"技术和Green函数法构造区域II中直线裂纹。其次,利用界面"契合"技术在契合面上施加未知外力系使契合模型满足界面上的应力和位移连续性条件,建立求解附加未知外力系的无穷代数方程组,并通过傅里叶级数展开和有限项截断求解;最后,通过具体算例讨论了入射角度、入射波数和直线裂纹等因数对椭圆形夹杂的动应力集中系数的影响。