一种基于动态骨架曲线的土层时域积分方法及其验证

由于土层等效线性化方法在强地震动输入下会低估地表峰值加速度且不适用于处理具有较大非线性的软弱土层.本文提出了基于动态骨架曲线的土层直接时域积分方法.该方法在动力方程的数值积分中采用中心差分格式,土体的剪切动力本构关系采用了基于动态骨架曲线的简单函数形式以考虑其非线性,在土层底部引入人工透射边界以考虑能量向基底的辐射,并基于MATLAB平台编制了DYMATLAB计算程序.以唐山响堂三维场地影响观测台阵的强震记录为例对本文方法进行验证.结果表明,本文提出的方法能较好地考虑土体的非线性,是一种合理可行的土层地震反应分析方法.

考虑非规则荷载下土体残余应变的时域积分方法及其应用

非规则荷载下土体残余应变发展模型是一个目前仍在探索的问题,现有的土层时域积分方法难以考虑土体的残余应变效应。阐述了一种在规则和非规则荷载下土体残余应变的表示方法,将其与双曲线型动态骨架曲线相结合,推导出一种能较好考虑非规则荷载下残余应变效应且方便程序实现的土体应力–应变关系。将此土体应力–应变关系应用于土层地震反应时域积分方法中,获得了一种考虑土体残余应变效应的时域积分方法,基于MATLAB平台编制了RS-DYMATLAB计算程序。利用实验数据对方法进行了验证,结果表明,本方法是一种合理可行的、能较好地考虑土体的残余应变效应的土层地震反应分析方法。

基于三角形单元的时域有限积分方法研究

针对二维复杂结构电磁场计算问题,本文研究了基于三角形单元的时域有限积分方法。将该方法和时域有限差分方法应用于求解半径r=0.085m的理想圆波导对应于TM01模式的截止频率,结果显示时域有限积分方法计算得到的结果与理论值之间的相对误差小于时域有限差分方法计算的结果与理论值之间的相对误差,验证了该方法的优越性。

有耗介质中时域精细积分方法的数值色散分析

分析了时间步长、空间步长、电导率和电磁波传播方向对时域精细积分(PITD)方法的数值损耗和数值色散的影响。结果表明:PITD的数值损耗大于电磁波的真实损耗,其数值波速可以大于电磁波的真实波速。PITD的数值损耗和数值色散都基本上不受时间步长的影响。随着空间步长的减小,PITD的数值损耗和数值色散的误差都逐步减小。当电导率较小时,PITD的数值损耗和数值色散的误差比时域有限差分(FDTD)方法的大。但当电导率较大时,PITD的数值波速却比FDTD的数值波速更加接近于电磁波的真实波速。PITD的数值损耗和数值色散的各向异性在三维情况下的值要大于其在二维情况下的值。数值算例表明:对良导体而言,PITD比FDTD拥有更高的计算精度和更快的计算速度。

并行时域电场积分方程方法在动态海面二维电磁散射中的应用

采用并行时域电场积分方程方法对动态海面的二维瞬态散射特性进行研究。为了保证该方法的后期稳定性,时间基函数和空间基函数采用二阶B样条基函数和三角基函数,矩阵元素采用时间维度精确解析、空间奇异部分精确解析进行计算;为了减少对无限海面进行截断带来的边缘效应,入射波采用锥形调制高斯脉冲;结合信息传递接口(MPI)技术和稀疏矩阵压缩存储技术,对不同时刻的海面进行瞬态散射分析。大量的数值算例证明了该方法在计算动态海面的二维瞬态散射问题时的正确性,还可以保证后期的稳定性,提高计算效率,减少对计算机内存需求。

基于响嘡台阵的土层一维时域动力本构模型的检验

目前大量用于进行土层非线性地震反应分析的等效线性化方法在考虑大震作用时,会出现过大的"共振"效应,造成对地表地震反应的误估。故常采用时域积分方法弥补其缺陷,而土体动力本构模型是决定时域积分方法优劣的关键。在此前的工作中,已提出了一种针对阻尼比拟合的修正UE土体动力本构模型,为验证修正UE模型在进行土层地震反应分析时的有效性及优越性,同时采用等效线性化方法及嵌有不同本构模型的时域积分方法进行了响嘡台阵场地的一维土层非线性地震反应分析,并将不同方法下的计算结果与实际记录进行了对比分析。最后,通过计算分析证明了修正UE模型对响嘡台阵地表地震反应的估计结果是客观有效的。

并行时域自适应算法在电大目标瞬态散射中的应用

基于电磁场时域积分方程(TDIE)数值技术计算复杂目标的瞬态散射特性,其计算量和内存需求大,采用时域自适应算法(TDAIM)降低了TDIE的计算规模。在研究TDAIM并行算法的基础上,开发了基于.NET Remoting的电磁场分布式数值计算方案。数值结果表明,该方案显著提高了TDAIM的计算效率,为解决电大目标瞬态电磁散射问题提供了一条有效途径。

一种改进的时间步进稳定性平均方法

介绍了时域积分方程方法(TDIE)的基本原理,提出一种抑制时域电场积分方程(TDIE)时间步进(MOT)后期振荡的新平均算法,提高了MOT算法后期的稳定性。计算了高斯脉冲波照射到金属立方体时目标表面的电流响应,数值结果表明,该方法简单有效地推迟了TDIE后期震荡时间。

对含厚软表层海域工程场地设计地震动参数确定的一点建议

工程上常用的等效线性化方法在处理常见的、含厚软表层的海域场地时,其计算结果往往产生较大的偏异.为了研究这些计算偏异产生的程度,本文利用等效线性化方法对典型海域工程钻孔进行了小震、中震和大震3种不同工况下保留和舍弃软表层情况下的土层计算.考虑到在大震作用下,土体可能进入大的非线性范围,等效线性化将不再适用,故引入了一种能更好地考虑土层大非线性效应的直接时域积分方法,并与等效线性化方法研究结果进行了对比分析.在此基础上,给出了确定含厚软表层海域工程场地设计地震动参数的处理建议.

建筑抗震设计中湖相淤泥质软土的处理建议

场地的土体类型对建筑的抗震设计参数影响很大,湖相沉积软土在地震波作用时,土体应力-应变响应会进入非线性范围,工程中常用的等效线性化方法会严重低估地表的峰值加速度,对建筑的抗震性能非常不利。本文利用时域直接积分方法对含湖相淤泥质软土的工程场地进行了土层计算并进行了对比。与等效线性化方法比较发现,在大震作用下,土体可能进入大的非线性范围,等效线性化将不再适用。在此基础上,给出了确定含湖相软土的工程场地设计地震动参数的处理建议。

分析湖相淤泥质软土对建筑抗震设计的影响

湖相沉积软土在我国普遍分布,建筑的抗震设计参数与场地的土体类型有很大关系,湖相沉积软土在地震波作用时,土体应力-位移响应进入大的非线性范围,常用的等效线性化方法会严重低估地表的峰值加速度,对建筑的抗震非常不利。利用时域直接积分方法对含湖相淤泥质软土的工程场地进行了土层计算并进行了对比。与等效线性化方法比较发现,在大震作用下,土体可能进入大的非线性范围,等效线性化将不再适用。在此基础上,给出了确定含湖相软土的工程场地设计地震动参数的处理建议。

太湖地区土层地震反应分析

通过对太湖地区附近的淤泥、粉质黏土、粉土三类新近沉积土进行动三轴实验,使用合适的拟合公式对土动力实验原始数据进行拟合,并利用时域直接积分方法对太湖附近工程场地进行了土层计算并进行了对比。与等效线性化方法比较发现,在强震动输入时,软弱土体会进入较明显的非线性范围,等效线性化将不能准确模拟土体反应。上述结果指出:类似场地的地震反应分析工作不能完全依赖等效线性化方法,本文也可以作为太湖周边工程场地地震安全性评价工作的一个参考。

我国近海海域工程场地地震动参数确定的技术问题研究

本文对海域工程场地地震动参数确定所涉及的多个技术问题进行了一系列研究。首先从地震环境的角度分析了中国近海海域地震活动性及其与地震构造、应力场、地球物理场之间的关系。其次,针对海域无区划,且现阶段陆域地震危险性方法提供的地震动输入参数难以满足海洋工程需要的现状,将基于概率危险性的设定地震方法应用于海域,为合理确定海洋工程基岩地震动参数提供了一种技术手段.

基于.NET Remoting分布式计算电大目标瞬态散射特性

电磁场时域积分方程方法(TDIE)在解决瞬态电磁问题和宽带电磁问题等方面显示出独特的优势,然而TDIE的数值计算方法——时间步进算法(MOT)的计算规模较大,严重阻碍了TDIE方法在求解电大目标瞬态电磁特性中的应用。文章在研究MOT并行算法的基础上,开发了基于.NET Remoting的电磁场分布式数值计算方案。数值结果表明,该分布式并行方案显著提高了TDIE的计算效率,为解决电大目标瞬态电磁散射问题提供了一条有效途径。

快速电磁计算软件包设计与应用

描述了快速电磁计算软件包的设计思想,展现了软件包结构和工程计算结果,并且验证了软件包有效性和通用性,也展现了时域积分方程快速算法的优点。

高功率微波照射下阿基米德螺旋天线响应特性

天线在高功率微波辐照下的响应特性分析是研究后端接收电路干扰特性及毁伤效应的依据。以典型的平面阿基米德螺旋天线为研究对象,利用理论分析和时域有限积分方法相结合,研究了该天线在高功率微波场作用下的时域和频域响应特性,并开展了相关的试验验证。结果表明,通过Friis传输理论预估的发射功率和实际发射功率的误差在1 dB量级,仿真得到的响应信号和测试得到的响应信号在时域波形和频谱特性上均吻合较好,仿真方法正确有效,为高功率微波照射下天线响应特性的研究提供了技术支撑。

用于电磁波多尺度问题求解的高效FDTD-PITD混合算法

针对电磁波多尺度问题的高效仿真需求,提出了基于亚网格技术的时域有限差分(FDTD)方法与时域精细积分(PITD)方法的混合数值算法。该混合算法的基本思想是采用局部亚网格技术分别对精细结构区域以及其他区域进行剖分,并应用FDTD方法和PITD方法分别对粗网格区域与细网格区域进行求解,同时构建信息交互策略交换细网格区域与粗网格区域的计算信息。一方面该方法减少了电磁波多尺度问题的网格剖分数目,显著降低了内存需求;另一方面由于应用于细网格区域的PITD方法不受Courant-Friedrich-Levy(CFL)数值稳定性条件的限制,该混合方法能够采用较大的时间步长进行仿真,减少了迭代步数以及CPU执行时间。数值计算结果验证了混合算法的稳定性、可行性以及高效性。

激励信号类型及周期对线圈聚焦和检测深度的影响

激励信号类型与周期选取是影响瞬变电磁法(TEM)系统检测能力的重要因素。利用时域有限元积分方法对不同激励信号进行仿真,通过发射线圈磁场分布特性与同等深度处磁聚焦效果的对比、分析,确定激励信号类型;根据探测深度与灵敏度依赖于激励信号周期的特性,确定激励信号的最小周期。以此周期为下限,在不同周期下进行仿真,得到接收线圈回波信号变化图与同等深度处的磁通量变化曲线图,对比分析,最终确定周期为500 ms的矩形脉冲作为激励信号较为合适,更有利于磁场能量聚焦与传播的深度。最后对不同厚度的钢板进行仿真,分析回波信号与钢板厚度的关系,为实际瞬变电磁探测系统设计提供理论依据。

高功率微波辐照下抛物面天线的响应特性分析

针对天线响应信号仿真分析中激励源模拟、传播空间等效、仿真精度验证等难点,以典型抛物面天线为研究对象,提出了适用的仿真方案,计算了天线在高功率微波照射下的时频域响应特征。在此基础上,开展相应的响应特性实验,验证了仿真方法的正确性,为高功率微波照射下天线响应特性的研究提供了技术支撑。