A Wave Propagation Model Based on Monte-Carlo Particle-Tracing

This article describes a new wave propagation model based on Monte-Carlo particle-tracing. This model relies on Monte-Carlo integration and Huygens currents radiating. The particles used to compute the field permit to consider the interferences. This model includes the diffraction of the surface without edge computation. The implementation of this propagation model is based on a image synthesis renderer. The results of this model are studied in far field situation with perfectly conducting shapes, by comparing results with a classical MoM method.

细观非连续介质的应力波传播研究

固体介质,如岩石、混凝土、贝壳和多孔材料等均具有细观非连续、宏观连续的特性,揭示这种细观非连续性对材料动力学响应的影响规律,对于材料设计、安全防护等具有重要意义。从广义Taylor公式出发,推导了分数阶定义下的非连续介质的一维波动方程,引入等效分数阶简化了控制方程。利用有限差分法得到了控制方程的数值解,结果表明:控制方程中的等效分数阶阶数越小,计算得到的波形衰减的程度越大。为了验证方程的可靠性,并进一步研究非连续介质的波传播规律,在考虑多孔材料、岩石等介质的结构特征的基础上,基于ABAQUS软件建立了随机多孔介质模型。分析发现:多孔介质的波传播受到介质细观非连续程度、材料属性和输入波脉宽的影响,但对应的等效分数阶阶数只与介质细观非连续程度相关,因此,其可以作为评价非连续介质动态响应的一个依据。等效分数阶阶数随着孔隙率的增加而减小,孔洞相对数量分布大致相同的情况下,其统计关系近似呈线性关系。研究结果可为研究多孔材料、贝壳等细观非连续介质的波动传播提供新思路。

地震基岩面的选取对深厚场地地表地震动参数的影响

地震基岩面的选取对场地设计地震动参数取值的合理性有重要影响。以苏州城区的钻孔剖面为研究对象,选取剪切波速介于400~800 m/s的9个土层顶面作为地震基岩面,采用等效线性方法考虑土的非线性特性,采用一维波传法分析地震基岩面的选取对地表地震动特性的影响。结果表明：1地表峰值加速度PGA随地震基岩面剪切波速的增大而增大,PGA的增大幅度随输入地震动强度的增大而减小;2地表加速度反应谱放大系数？谱谱值也随地震基岩面土层剪切波速的增大而增大,且？谱谱值随输入地震动强度的增大而减小;对于中强地震的近场地震动作用,基岩面深度对周期小于1.0 s的？谱谱值的影响较大;而对于特大地震的远场地震动作用,基岩面深度对周期小于4.0 s的？谱谱值均有较大影响;3远场地震动作用时的？谱谱值明显大于近场地震动作用的？谱谱值;4取剪切波速不小于700m/s的土层顶面为地震基岩面较为适宜。

SV波超临界角斜入射时层状地基地震动输入在ABAQUS中的实现

有限元数值模拟中,超临界角斜入射SV波作用下层状地基的地震动输入是一个亟待解决的问题。该文采用层状地基频域内精确的动力刚度矩阵(即频域刚度矩阵法)推导了SV波任意角度斜入射下的地震动输入等效节点力计算公式,通过ABAQUS有限元软件模拟SV波斜入射下均匀半空间、层状地基的地震波场,探讨了基于频域刚度矩阵法的层状地基任意角度斜入射地震动输入应用于ABAQUS有限元软件的有效性和准确性。结果表明,采用频域刚度矩阵法可以在ABAQUS中实现层状地基任意角度斜入射SV波地震动输入,且方法具有很高的计算精度,尤其对于SV波超临界角入射情况,有限元数值模拟很好地再现了均匀半空间地表质点的椭圆型运动轨迹和层状地基的行波特点。在此基础上进一步将频域刚度矩阵法与等效线性化方法相结合,解决了考虑土体非线性的层状地基在任意角度平面波入射条件下的地震动输入问题。

应力波入射黏弹性节理的传播特性研究

应力波传播特性的研究是进行工程动态稳定性评价的基础。依托柱状节理玄武岩开挖爆破试验,考虑节理岩体的蠕变和应力松弛特性,提出了黏弹性节理的等效标准线性固体模型,采用"位移不连续理论",获得了应力波入射黏弹性节理的传播方程,并探讨了应力波入射黏弹性节理的传播规律。透射系数随入射波频率的增大而减小,而反射系数整体上呈现出随频率的增大而增大的趋势。在临界入射角内,随入射角度增大,转换波(T_(sp),T_(ps),R_(sp)和R_(ps))均先增大后减小且转换波的透射系数(T_(sp)和T_(ps))最小,反射同类型波(R_(ss)或R_(pp))先减小后增大,透射同类型波(T_(ss)或T_(pp))则基本没有变化;应力波在节理处发生了复杂的能量转移,随入射角度增大,反射同类型波和反射转换波之间能量此消彼长并在某一角度附近几乎同时达到极值,同类型波的部分能量转移到转换波,但其能量仍远高于转换波。

节理岩体的一维动态等效连续介质模型的研究

基于黏弹性理论,提出平行节理岩体的一维动态等效连续介质模型,该模型适用于纵波(P波)垂直通过一组等间距平行节理岩体的动力学问题。该模型包含黏弹性介质模型和虚拟波源概念。黏弹性介质模型主要描述应力波通过节理的衰减和时间的滞后;而虚拟波源的概念则描述应力波在平行节理之间的多次反射。根据已有解析解可以确定黏弹性介质模型中的未知参数。通过和位移不连续方法的比较,验证平行节理岩体的一维动态等效连续介质模型的正确性;该模型可有效地应用于研究通过一组平行节理岩体的P波传播问题。结果表明,该研究可以简化应力波传播问题的复杂性。

地震波斜入射下水下地基场地的等效线性化分析方法及应用

水下地基场地动力响应分析是水下结构抗震设计的基础,但其作为一个多介质耦合的复杂动力问题,现有的研究成果多是将饱和土体视为线弹性材料,考虑土体非线性的研究相对较少。在水-成层饱和土-基岩场地地震波线性解的基础上,建立了平面波斜入射下水下地基场地分析的二维等效线性化方法,通过典型场地分析,研究了入射波峰值加速度、水深及上覆软土层厚度对水土交界面处峰值加速度放大系数的影响规律。研究结果表明:非线性效应对水平峰值加速度放大系数的影响要比竖向的大,且非线性下的放大系数可能大于线性情况下的地震响应结果;水层分别在P波和SV波入射角15°~70°和45°~70°内对水平峰值加速度放大系数产生了较大的影响。P波作用产生的影响随着水深的增加而减小,SV波的影响则与入射波有关。相比于SV波对竖向峰值加速度放大系数的影响,P波的影响作用更大;上覆软土层较厚时对水平峰值加速度放大系数的影响较为明显,并且SV波的作用时软土层的影响明显大于P波作用时,但两者对竖向峰值加速度放大系数的影响均较小。

基于应力功恒等法的振动时效研究

振动时效主要用于消减构件的残余应力,本质上类似于应力松弛,应变变程恒定的情况下峰值应力随周期减小。材料发生应力松弛的部分为应力集中区,振动时效过程中产生局部塑性应变。针对如7075高强铝合金幂次硬化材料,可以采用基于等效线弹性模型的应力功恒等法近似计算材料的局部应力和应变变程,以弥补实验过程需要测量但不易获得的重要数据。计算得到的应力-应变曲线与流变塑性理论公式推导的结果及其它研究者通过模型仿真得到的结果相似,表明应力功恒等法应用于振动时效分析具有计算简单,准确实用的特点,对工程实践有一定的参考价值和指导作用。

宏小区无线电波传播预测模型仿真分析

无线电波传播模型主要用于计算无线电波传播路径损耗中值。针对宏小区无线电波传播需要考虑地形、环境类型以及构成环境的材料等各方面因素,研究了奥村经验模型中参数的算法和取值,用MATLAB仿真依据线性回归校正算法校正奥村经验模型。仿真结果表明,在频率一定的情况下,随着收发距离d的增加,电波传播路径损耗也增大;建筑物的密度越大,电波传播路径损耗越大。仿真结果与实际环境测试数据一致,也验证了校正的奥村经验模型的可靠性。

泉州盆地地震效应特征的一维等效线性和二维非线性分析的比较

采用等效线性动粘弹性模型描述土的动力非线性特性,基于一维等效线性波传法,对泉州盆地地震效应进行了分析;同时,采用修正Martin-Seed-Davidenkov动粘弹塑性模型描述土的动力非线性特性,对泉州盆地非线性地震效应进行了大尺度二维精细化有限元分析,研究了地形地貌和土层横向不均匀性对地震效应的影响。将两种分析结果进行对比,结果表明：①随着基岩输入地震动强度增大,地表峰值加速度PGA放大效应总体呈现减小趋势,中震与小震、大震与小震的地表PGA放大系数之比依次为0.83~0.99、0.72~0.97;②该盆地Ⅲ类场地处,基岩、地表起伏不大,且土层横向分布较均匀,两种方法计算得到的地震效应特征类似;基岩或地表起伏剧烈、土层横向分布明显不均匀的Ⅱ类场地上,二维非线性分析给出的地表PGA放大系数明显大于一维等效线性结果,两种方法得到的地表加速度反应谱及PGA随土层深度的变化特征存在显著差异,二维非线性分析给出的地表加速度反应谱大多呈现双峰甚至多峰现象,且PGA在土层特定深度处存在聚集效应,使PGA随土层深度的变化呈现非单调性。

一致激励条件下非线性工程场地地震动相干函数分析

在地震动过程中,土介质中的剪切波速往往出现显著的降低现象,体现出强烈的非线性性质。本文将随机振动的虚拟激励原理、土非线性分析的等效线性化方法与工程波动理论散射问题的求解方法相结合,建立了开放系统中一致激励条件下考虑岩土介质非线性的工程场地地震动随机场数值模拟方法。该方法将随机输入下的波动分析问题转换为虚拟激励下的确定性波动分析问题,非线性土体峰值剪应变的统计特征可通过剪应变均方差和峰值因子获得。结合具体算例及M on te—C arlo模拟方法对所提出方法的合理性进行了验证,在此基础上应用该方法对一致激励下实际工程场地的地震动相干性进行分析,结果表明场地的局部条件对地震动相干性有重要影响。

非均匀损伤介质中利用波传播理论对损伤参数的反演

介绍了波在非均匀损伤介质中的传播的反问题,根据波的响应来反演介质的损伤。首先应用Newton迭代法把非线性问题化为线性问题,得到一组不适定的线性方程式组,采用Tikhonov正则化求解,对于正则参数选取采用L线曲线准则,求出了原问题的稳定的、有效的解,获得了与真实损伤度较为吻合的反演参数。工程实例的模拟分析计算证明了上述算法的有效性。

基于CW测试的多斜率传播模型校正方法(英文)

为了提高多斜率传播模型(包括双斜率和三斜率传播模型)的实用性,以及无线网络规划中传播预测的准确性,提出了一种基于CW(Carrier Wave)测试的多斜率传播模型校正方法。该算法通过多斜率传播模型迭加街区损耗及地物损耗分量将模型扩展,整理成为线性的形式,并将每个分段划分为本地中值分量和随机分量两个部分,采用迭代式线性最小二乘法,在每次迭代中依次求解出两个分量中的各项系数,并引入系数有效性控制以保证校正后模型能够有效使用。通过实验和仿真说明了算法的有效性和合理性,为无线网络规划工程中类似问题的解决提供了借鉴。

非一致激励条件下非线性工程场地地震动相干函数研究

将土非线性分析的等效线性化方法与随机工程波动散射问题的求解方法相结合,建立了开放系统中非一致激励条件下考虑岩土介质非线性的工程场地地震动随机场数值模拟方法并研究了介质非线性对场地地震动相干性的影响。分析结果表明:与不考虑非线性相比,在地震过程中,场地土介质的非线性改变了复杂场地的局部特性从而导致场地地震动空间相干性的变化,因此有必要在场地地震动相干函数的分析中考虑场地介质非线性特性对地震动相干性的影响。

层状场址自由场动力分析的等价线性法研究

基于等价线性法和一维剪切波传播理论,开发了等价线性法频域计算的C++程序。为验证自编C++程序的有效性,与在工程中广泛使用的SHAKE91程序就某一核电成层土地基进行算例对比,发现两种程序计算所得加速度峰值随高程的变化吻合较好,地震波时程向位移频谱转换时采用不同方法会对计算结果产生影响。

应力波载荷作用下线弹性断裂过程的动态分析方法研究

利用Hopkinson单压杆实验装置 ,对材料的线弹性动态断裂特性进行了研究 ,建立了应力波载荷作用下动态裂纹起裂及扩展过程的动态分析方法 ,采用该方法可同时测得材料的动态裂纹起裂时间、断裂韧性和裂纹扩展速度。 40Cr钢三点弯曲试样的实验结果表明 :该钢的动态裂纹扩展过程主要是减速过程 ,在2 2 5TPam /s的加载速率下 ,起裂时间为 2 8 0 0 μs,最大裂纹扩展速度为 478 91m/s ,动态断裂韧性为6 3 12MPam。

船体总纵弯曲时计及多种应力组合的累积损伤简化计算方法

为计算船体总纵弯曲时纵向构件在多种应力成份组合下的疲劳损伤,提出了基于等效规则波概念的简化计算方法.以线性波浪载荷为例,按严格方法和简化方法计算某舰船疲劳累积损伤,对所得结果进行的对比说明了该简化方法的可用性和简便性,这为该简化方法在船体纵向构件疲劳强度计算中的实际应用提供了可能.

抛物线方程中不规则地形的分段线性模型的研究与验证

主要研究了对流层电波传播过程中起伏地形的处理方法。阐述了抛物线方程中阶梯地形方法和分段线性方法,提出了新的初始场设置方法,并给出了算法。利用该方法,仿真计算了尖劈地形下电磁波传播问题,并与射线法和UTD方法的计算结果进行了比较。计算结果显示了分段线性方法的优越性。

带有传送带的矩形巷道中电磁波传播特性研究

为了研究带有传送带的矩形巷道电磁波传播规律,提出一种基于电磁波传播理论和多波模理论的等效分析法,旨在降低研究电磁波传播计算的复杂性。利用计算机对有传送带的矩形巷道中电磁波传播规律进行仿真,将等效分析法方案计算出的仿真数据分别与矿井巷道中实际测量的3组数据进行对比分析。实验结果表明:等效分析法可以近似分析带有传送带的矩形巷道中的电磁波传播的情况,等高方案在30 m范围内的电磁波衰减规律更加符合实测数据。因此该方法可以应用在大型障碍物巷道中研究电磁波传播影响。

Ⅰ建筑类场地反应谱参数取值问题探讨

在对89、01抗震规范中Ⅰ类场地分类界限深入的探讨的基础上,利用目前地震安全性评价中广泛使用的基于一维等效线性化波动方法研究了某市沿海地区为代表的浅层覆盖土条件下的地震动参数取值问题。针对各种情况下Ⅰ类建筑场地土,构造若干具有工程意义的典型场地剖面,合成适合本地区的基底输入地震波,计算得到浅层覆盖土条件下的场地地表加速度峰值和反应谱周期。通过对几种类型土计算结果和实际操作的分析和探讨,结果表明:放大倍数谱描述结果概念更强;复核结果偏于保守,且与抗震选用参数不兼容;当钻孔足够多时,低波速钻孔标定谱形接近高波速钻孔。