基于位移输入模式时程分析的动力平衡方程求解及工程实例

首先对时域分析中位移输入模式的必要性和研究现状进行了概要展开,然后对于基于位移输入模式时程分析动力平衡方程的求解进行了推导,对其在实际工程应用中不可回避的位移地震动时程记录的获得和处理等技术问题进行了研究并提供了两条位移地震动处理实例,最后对某超高层实际工程案例分别采用位移地震动输入模式和加速度地震动输入模型进行了弹性时程分析,为保证结果的可靠性,地震动分别采用单向输入和双向输入两种方式并对其整体地震响应进行了对比分析,结果表明:基于加速度时程记录进行积分且经过合理处理的位移地震动采用位移输入模式进行弹性时程分析时,无论采用地震动单向输入方式还是双向输入方式,其地震响应与采用与其同源的加速度地震动采用加速度输入模式的结果几乎一致,误差很小,完全可满足实际工程设计与分析之精度要求。

页岩气成藏动力特点及其平衡方程

针对页岩气吸附加游离的成藏方式对其成藏动力特点进行了系统分析。与特定的储集物性条件与相应的气源压力相匹配时,页岩气藏中游离气具有与根缘气或常规储层气相似的作用力类型,包括生烃膨胀力、连续气柱顶界静水柱压力、连续气柱底界静水柱压力、连续气柱重力、毛细管压力和动水头压力等,而造成气体分子在有机质颗粒及岩石矿物表面进行吸附与游离相态转换的作用力类型则为吸附作用力和解吸作用力。天然气动力类型存在运移动力与成藏动力的区别,页岩气作为源储一体的聚集模式,其运移动力和成藏动力具有方向相反特点。根据页岩热演化程度、生气强度、构造条件、物性条件等,将页岩气成藏划分为4个阶段,对每一阶段的成藏动力特点进行了系统分析,据此建立了成藏(运移)动力平衡方程,并采用权重系数赋值方法建立了页岩气成藏(运移)动力平衡方程通式。

模糊动力有限元平衡方程的建立及解法

考虑到工程结构分析中某些边界条件,环境介质,特别是某些载荷存在的模糊性,为了更好地解决工程中存在的实际问题,必须考虑其结构的模糊性,只有这样,所求得的解才更接近其实际情况。根据Zadeh扩展原理和达朗贝尔原理可以建立起模糊振动方程。综合普通有限元方法可得到模糊有限元平衡方程。基于L-R型模糊数和L-R型模糊化函数,利用L-R型模糊数和区间方程的性质,对其进行有界闭模糊数转化,可以把模糊有限元平衡方程转化为一组普通方程和一组区间方程,对区间方程可以应用区间数的性质来进行求解,进而可以求出方程的解。

基于混合编程的结构动力平衡方程的求解算法研究

结构-地基动力相互作用数值分析是核电与水工领域大型工程结构抗震评价的重要技术手段,但随着问题的复杂性增加,工程求解规模的日益增大,给研究人员研发程序带来了极大困难。其中之一就是具有复杂性态的大规模动力平衡方程的可靠求解问题。基于MATLAB的超大规模稀疏矩阵求解,提出VC++与MATLAB混合编程模式,其中以一维仅存非零元的模式来存储总体刚度矩阵,以MATLAB动态链接库求解器开发为接口媒介,实现结构动力平衡方程的求解。最后以算例的形式验证了它的有效性与精度。

共享存储环境下非平衡动力学方程组并行计算

OpenMP是现代多核机群系统采用的主要并行编程模型之一,在单CPU多核上可以获得良好的加速性能,但在整个机群系统上使用时,需要解决可扩展性差的问题。首先设计了求解非平衡动力学方程的并行算法。基于分布共享的多核机群系统,采用显式数据分布OpenMP并行计算方法,将数据进行分布式划分,分配到每个OpenMP线程,通过数据共享实现数据交换。计算结果表明显式OpenMP并行程序在保持可读性的同时,具有良好的可扩展性,在4核Xeon处理器构成的分布共享机群系统上,非平衡动力学方程组的数值并行计算可以扩展到1 024个CPU核,具有明显的并行加速计算效果。

基于极限平衡原理的地震边坡浅层和深层耦合滑移分析

边坡地震位移是评价边坡地震稳定性的重要指标,现有的地震位移分析方法主要针对单一滑动面边坡。基于Spencer极限平衡分析原理,提出了一种滑面为非平面的双滑面土质边坡地震位移计算方法。该方法基于考虑惯性力的极限平衡条分法建立双滑面滑块体系在地震过程中的动力平衡方程,考虑地震引起两个滑动面滑移变形过程中浅层和深层滑体之间的相互影响。将研究方法的结果与有限差分软件FLAC的数值模拟结果进行对比,证明了方法描述地震引起边坡浅层和深层耦联滑移变形模式的合理性和正确性;并将建立的方法分别用于分层土堆积层边坡以及川藏俄岗公路老折山边坡,阐明了该方法用于实际双滑面边坡地震位移计算的可行性。

求解非线性动力方程边值问题的加权残数打靶法

本文提出一种求解非线性动力平衡方程边值问题新的方法.它是以三次B样条函数作为时域的分段试函数,用样条函数子域——打靶法递推公式求解非线性动力平衡方程边值问题,这些计算公式简单,易于微机实施.文章最后通过算例进行了具体分析.

游离相天然气成藏动力连续方程

游离相天然气主要包括置换式运移并聚集的常规储层气、活塞式运移并聚集的根缘气和兼具上述两种运移模式并具有复杂运聚机理的页岩气等,根据游离相天然气运聚的连续性动力平衡方程可以对不同运聚机理类型的天然气进行成藏描述。结合游离相天然气成藏动力平衡方程,常规储层天然气成藏主要受浮力和盖层毛细管压力所控制,连续气柱高度和盖层物性是成藏动力平衡的主要影响因素;根缘气成藏与烃源岩的生气作用强度、储集层物性以及天然气的聚集深度等因素有关,烃源岩的生气有效性和致密储集层的物性条件是约束成藏动力平衡的关键要素;在页岩气成藏的复杂地质条件下,泥页岩的生供气有效性、储集物性、连续气柱高度以及埋藏深度等均是影响其中游离相天然气聚集的基本因素。

沉积盆地地层孔隙动力学研究进展

21世纪的地球动力学研究正在向定量化方向发展,但由于地质过程的不可逆特性,恢复地质过程相当困难。特别是微观尺度下地质参数演化过程的恢复,已经成为当今地质学的重大科学难题。基于此,提出了"地层孔隙动力学"的概念,认为地层孔隙动力学是以微观尺度下孔隙性介质为研究对象,以沉积盆地埋藏过程中碎屑岩孔隙介质力学特性和孔隙演化规律以及孔隙流体动力成因和渗流特性为研究内容的基础性学科,是地下成岩动力学与孔隙流体动力学相交叉的新学科,是沉积盆地动力学的重要组成部分。其研究进展包括基础理论和应用研究2个部分,其中基础理论部分研究进展包括:1地层孔隙静力平衡原理;2埋藏成岩过程砂岩孔隙度演化机理与定量模型;3泥岩压实特征及泥岩孔隙度演化定量模型;4地下孔隙流体温度与孔隙流体压力理论关系;5构造作用附加地应力对孔隙流体压力的影响;6泥岩压实程度与有机质镜质体反射率的关系。应用方面研究进展包括:1沉积盆地地温-地层压力系统划分及油气分布动力学解释;2地层压力预测模型改进;3储层临界物性及储集层动态评价体系构建;4地层流体压力演化过程模拟;5砂岩体油气充注动力学数值模拟及物理实验模拟;6致密砂岩油气藏形成动态过程分析。地层孔隙动力学将孔隙成因演化与孔隙流体动力演化融为一体,是近20年以来地质动力学研究向地下微观尺度发展的代表性学科分支之一,也是沉积矿产形成分布机理研究定量化发展的必然结果。在介绍地层孔隙动力学研究内容的基础上,对其8项重要的研究成果进行了总结,将宏观地质研究推广到微观环境,以期解决埋藏过程中地层岩石孔隙演化控制下的孔隙参数的演变规律与勘探开发应用技术的更新和完善问题。

薄膜结构的气弹动力失稳临界风速

笔者采用解析方法研究了三维薄膜结构的气弹失稳临界风速。首先应用薄壳的无矩理论建立了薄膜结构的动力平衡方程 ;随后假设来流为均匀的理想势流 ,考虑流固耦合作用 ,采用不考虑流动分离和考虑流动分离两种气弹模型应用流体力学中的势流理论 ,并参考空气动力学中的薄翼型理论 ,确定了作用于薄膜表面的气动力 ,得到了两种模型情况下薄膜结构的气弹动力耦合作用方程 ;进而利用Bubnov Galerkin方法将此耦合作用方程转化为一常系数二阶微分方程 ,并根据Routh Hurwitz稳定性准则确定了薄膜的失稳临界风速 ;最后通过对临界风速的影响因素进行分析并对两种模型得到的结果进行比较 ,得到了一些重要结论。

活化振动给料机动力学分析

较为详细地介绍了活化给料机的结构,利用集中质量法简化了力学模型,建立了转动的复杂动力学微分方程,通过求解方程,画出了x方向的幅频特性曲线和相对振幅曲线以及y方向上的幅频特性曲线。从振动特性方面来解释了活化给料机的运动特性。

单自由度系统的非线性动力分析

《结构力学》中关于系统的动力计算一般都采用线性分析的方法,即在计算时将系统的动力特性视为保持不变的常量。以单自由度系统为例,若系统受到大小、方向随时间变化的外来干扰力P(（t）的作用,系统将发生振动。其相应的动力平衡方程为 I+R-S+P（t）=0……（1） 若以y、标记系统在任意瞬时对于地面的位移、速度和加速度,则方程（1）中的 I=-m是虚加在系统上的惯性力; R=-β是作用在系统上的阻尼力。

摆动阀式泥浆脉冲器电机输出特性及影响因素分析

摆动阀泥浆脉冲器本身可以产生较高频率的载波,成为高速泥浆脉冲传输的较好选择。由于工作时负载力矩复杂,影响因素众多,为电机输出特性研究带来较大困难。利用在井下工作时的动力学平衡方程,通过水循环实验方式测量得到摆动阀电机在最大转矩比电流控制方式下的位置角度和输出电流数据,进而计算井下工作时电机输出转矩和输出功率,并对其影响因素进行综合分析。结果表明,受惯性转矩、弹性转矩和动态水力转矩的影响,电机输出转矩在不同工作频段表现为不同特征;低频段时,电机输出转矩的变化幅度随载波频率的增大而减小,输出功率随载波频率的增大而缓慢增大;中低频段时,电机输出转矩和输出功率在该频段幅度变化较小,相对比较稳定;高频段时,电机输出转矩和输出功率均随频率的增大而快速增大。可以通过增大扭杆刚度系数和降低摆动阀转子轴系转动惯量的方式降低电机在高频段的输出,以保证电机在额定转矩和额定功率下可以控制摆动阀在井下实现高频快速的摆动,产生稳定高载波频率下的泥浆脉冲压力波形,实现高频载波的目的,为随钻测井数据的高速传输提供了保障。

空间机构的动力学分析

本文用旋量计算和对偶数矩阵法对空间机构进行动力学分析。在杆件上加惯性力后,可用达朗伯原理得到对偶动力学平衡方程。最后以空间RCRCR五杆机构为例,说明其应用方法。

拖缆系统运动仿真

建立拖缆的三维运动模型,通过欧拉角的变换把拖曳线列阵微元段矢量动力平衡方程在局部坐标系下展开,在时间和空间上作中心差分数值离散.程序能够计算不同航速定常直航状态下列阵的阵形与姿态,可解决不定常运动(例如回转运动)、考虑海流等多种运动状况的阵形预测.取有关文献资料中的拖曳线列阵进行了直航、回转运动计算,计算结果与相应文献资料中计算和试验结果基本吻合.

剪力墙结构的竖向阻尼减振研究

提出了竖向布置阻尼器实现剪力墙减振的方法,建立了剪力墙结构竖向阻尼减振体系的计算模型,推导了竖向阻尼减振系统的动力平衡方程,并建立了该体系的能量方程。通过算例,分析了竖向布置阻尼器前后的结构地震反应及耗能效果。

中国地震仪器烈度滤波器的设计

在充分理解吸收日本JMA滤波器设计特点的基础上,由单自由度动力平衡方程入手,利用两高通滤波器相减可得到带通滤波器的方法,通过调整平衡方程参数进行了滤波器的设计,通过对日本滤波器进行模拟,验证了方法的可行性,并且通过双向递归的方法解决了时域递归方程中的相位畸变问题,最终完成中国仪器烈度滤波器的设计。

单井混合抽水试验简捷求参

本文应用动力平衡原理与稳定井流理论对单井混合抽水试验求参问题提出了３个新的计算公式包括导水系数、含水层静止水位和出水率或吸水率，其表达式为：由于公式使用简便，有一定的推广意义。

减速齿轮传动链转动惯量和质量折算的教学初探

通过对动力平衡方程法与瞬时动能不变法的比较,论述了减速齿轮传动链转动惯量和质量的折算的教学,指出了后一种方法的简洁性。

基于Newmark精细积分结合法的弹塑性结构地震碰撞反应分析

传统精细积分法在实现方程降阶的同时,系统矩阵的维数增加一倍,而且非齐次项的解析解需要对系统矩阵求逆,这对于刚度矩阵时变的弹塑性结构地震反应分析,不仅大大增加了存储以及计算工作量,有时还会因逆矩阵不存在而求解失败。为改进上述缺点,推导了全量动力平衡方程和增量动力平衡方程的Newmark精细积分结合法;推导了非齐次项为线性变化和常量的级数解公式。针对弹塑性结构界点转换以及时变刚度问题,给出了全量迭代修正法和增量迭代修正法。上述几种方法结合使用,研制了弹塑性结构地震碰撞反应分析程序,并进行了算例验证。研究表明,Newmark精细积分结合法可以应用于弹塑性结构地震碰撞反应分析,结果精度对积分步长敏感。