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《中国地震局工程力学研究所》 2011年
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地震波动数值模拟及稳定性研究

唐晖  
【摘要】:本文针对显式有限元.有限差分法进行了系统的研究,包括理论分析,算法改进以及实际应用。通过理论推导定量地研究了采用这种数值模拟方法对波动传播规律的影响,以及其在结合局部透射人工边界进行计算时的稳定条件。分别就采用该方法结合局部透射人工边界求解波源问题和散射问题的情况分别提出了改进计算的措施,并通过数值试验验证其有效性。提出了一种有限元和显式有限元.有限差分法耦合方法,并采用其对可控震源激震过程进行了数值模拟。利用在汶川地震中获得的数据,进行场地效应分析。主要工作如下: 1.根据由李小军等人提出的一种求解动力方程的显式积分格式应用于显式有限元-有限差分法进行波动数值模拟时的递推形式,给出了波动传递函数的形式;以一维均匀离散体系为模型,推导了该情况下数值波动的传递函数,并进行数值试验,验证了传递函数求解的正确性;并通过分析求解所得的传递函数,探讨了这种显式积分格式对离散网格中波动传播规律包括截止频率、频散现象和能量耗散等方面的影响。 2.针对显式有限元一有限差分法结合局部透射边界进行波动数值模拟的情况,推导并计算了循环系数,给出了计算过程的稳定条件,并通过数值试验对该判定准则进行验证;在给出的循环系数的基础上,定量地分析了积分格式的能耗特性对由边界条件引入的高频失稳的抑制和消除作用;并探讨了如何更有效地利用能耗特性保证计算稳定性,即实际计算模型中时间离散步距以及空间模型大小等参数如何取值既能确保计算稳定又能最大程度减小计算量。 3.分别针对采用显式有限元一有限差分法结合局部透射人工边界求解波源问题和散射问题的情况分别提出了改进措施。对于波源问题,建议针对每个边界节点可以采用不同的人工波速,该人工波速可以通过试算一定时间长度,然后通过相关处理获得。通过数值实验证明了,在波源问题的求解中采用这种方法选择人工波速可以在不增加计算失稳风险的同时提高数值计算精度。对于散射问题,则给出了一种关于波动输入方法的改进措施,即在分区分离波场中入射波不再采用解析解而是采用离散数值解代替,数值实验证明了采用该方法可以有效地抑制漂移失稳。 4.给出了一种基于有限元和显式有限元.有限差分法相耦合的区域分裂法。将计算模型分为两个区域,对于广义结构及其附近区域采用有限元法模拟,而土体其它部分采用显式有限元.有限差分法,两个区域的模拟通过搭接区域实现数据的交换。分别代表波源问题和散射问题的数值试验都验证了该方法的有效性。采用提出的耦合方法针对可控震源激振过程建立的数值计算模型,并对不同的工况进行计算,研究分析了各因素包括接触土体密度、接触土体刚度、接触土层厚度、软、硬夹层以及底平板半径对可控震源能量输入大地体系的影响,为如何能高效地将激震能量输入土体提供了参考。 5.利用自贡地形影响台阵在2008年汶川地震中获得的主震强震记录,采用水平/垂直谱比法(HVSR)对该山脊地形场地对地震动的放大效应进行了分析,并探讨了所获记录结果的可靠性;采用显式有限元一有限差分法结合局部透射人工边界的二维场地影响分析模型与方法,模拟了该场地的地震动响应。对模拟结果与HVSR法分析结果进行对比分析,表明数值模拟结果与观测记录分析结果具有较好的一致性,利用数值计算方法建立的简单二维分析模型基本上可以反映山脊地形对地震动的影响。
【学位授予单位】:中国地震局工程力学研究所
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:P315

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 杨宇;场地地震波动模拟中透射边界稳定性问题研究[D];中国地震局地球物理研究所;2011年
【参考文献】
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1 赵丽滨,张建宇,王寿梅;精细积分方法的稳定性和精度分析[J];北京航空航天大学学报;2000年05期
2 梁铁成,陈祖斌;电磁式可控震源与大地耦合的研究[J];长春科技大学学报;2001年03期
3 孙明,林君,陈祖斌,张子三;轻便可控震源在金属矿地震反射勘探的试验研究[J];长春科技大学学报;2001年04期
4 王忠仁;陈祖斌;姜弓山文;张林行;;可控震源地震勘探的数值模拟[J];吉林大学学报(地球科学版);2006年04期
5 廖振鹏;;近场波动问题的有限元解法[J];地震工程与工程振动;1984年02期
6 廖振鹏,刘晶波;离散网格中的弹性波动(Ⅰ)[J];地震工程与工程振动;1986年02期
7 刘晶波,廖振鹏;离散网格中的弹性波动(Ⅱ)——几种有限元离散模型的对比分析[J];地震工程与工程振动;1989年02期
8 刘晶波,廖振鹏;离散网格中的弹性波动(Ⅲ)——时域离散化对波传播规律的影响[J];地震工程与工程振动;1990年02期
9 李小军,廖振鹏,杜修力;有阻尼体系动力问题的一种显式差分解法[J];地震工程与工程振动;1992年04期
10 周正华,廖振鹏;多次透射公式的一种稳定实现措施[J];地震工程与工程振动;2001年01期
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1 王满生;考虑土-结构相互作用体系的参数识别和地震反应分析[D];中国地震局地球物理研究所;2005年
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1 唐晖;显式积分格式及其在波动有限元模拟中的应用研究[D];中国地震局地球物理研究所;2005年
【共引文献】
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1 谷音;刘晶波;;三维结构—地基动力系统高效算法精度问题研究[J];四川建筑科学研究;2007年05期
2 吴怀忠;王汝恒;郭文;初文荣;;土与结构相互作用理论[J];四川建筑科学研究;2008年05期
3 解振涛;吴体;高永昭;张俊发;;采用有限元模拟自由场地震响应的探讨[J];四川建筑科学研究;2009年05期
4 王赞芝;胡如成;张鹏;吴辉琴;邓宇;叶雁冰;黄世斌;陈劲飙;;多跨连续梁弯曲自由振动的波动解法[J];四川建筑科学研究;2010年02期
5 陈天红;张伯艳;谢清荣;谭海滨;;人工合成地震波研究[J];四川建筑科学研究;2010年02期
6 陈庆;项宗方;;地下结构抗震研究现状综述[J];四川建筑科学研究;2011年06期
7 梅甫良;;增维精细积分法在围护结构温度场中的应用[J];四川建筑科学研究;2012年02期
8 张宇旭;程磊;叶红;;基于ANSYS的三维自由场地震动反应分析[J];四川建筑科学研究;2012年03期
9 刘晶波;廖振鹏;;IN-PLANE WAVE MOTION IN FINITE ELEMENT MODEL[J];Acta Mechanica Sinica;1992年01期
10 刘晶波;刘书;杜修力;;A METHOD FOR THE ANALYSIS OF DYNAMIC RESPONSE OF STRUCTURE CONTAINING NON-SMOOTH CONTACTABLE INTERFACES[J];Acta Mechanica Sinica;1999年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张伯艳;李德玉;何建涛;;施工期裂缝对拱坝静动力响应的影响[A];现代水利水电工程抗震防灾研究与进展(2011年)[C];2011年
2 张翠然;陈厚群;涂劲;;频率非平稳对大岗山拱坝非线性响应的影响[A];现代水利水电工程抗震防灾研究与进展(2011年)[C];2011年
3 龚亚琦;陈琴;崔建华;;坝体—地基—库水体系的动力有限元分析及其工程应用[A];现代水利水电工程抗震防灾研究与进展(2011年)[C];2011年
4 李同春;朱寿峰;赵兰浩;胡继刚;;考虑坝体与坝肩动力相互作用的坝肩稳定动接触降强算法[A];现代水利水电工程抗震防灾研究与进展(2011年)[C];2011年
5 谯雯;刘国明;;基于黏弹性人工边界的防洪堤动力有限元分析[A];现代水利水电工程抗震防灾研究与进展(2011年)[C];2011年
6 苏成;徐瑞;;大型复杂结构非平稳随机振动时域显式法[A];全国结构振动与动力学学术研讨会论文集[C];2011年
7 张伯艳;陈厚群;;拱坝坝肩抗震稳定分析[A];计算力学研究与进展——中国力学学会青年工作委员会第三届学术年会论文集[C];1999年
8 刘志贵;万仁辉;;与地下结构抗震相关的若干问题探讨[A];第十一届全国结构工程学术会议论文集第Ⅱ卷[C];2002年
9 李杰;;生命线工程研究中的关键力学问题——第十二届全国结构工程学术会议特邀报告[A];第十二届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ册[C];2003年
10 梁波;陈兴冲;;青藏铁路的重要意义、技术难点及力学问题[A];工程力学学术研讨会论文集[C];2004年
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1 折勇;直角域中圆形夹杂与裂纹反平面动力的相互作用[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 王学庆;考虑土—结构动力相互作用的巨型框架隔震悬挂结构动力响应分析[D];辽宁工程技术大学;2009年
3 徐瑞;大型复杂结构非平稳随机振动分析方法研究[D];华南理工大学;2010年
4 宋兵;桩侧摩阻力特性的研究[D];华南理工大学;2010年
5 刘佩;随机地震作用下结构动力可靠度计算方法研究[D];北京交通大学;2011年
6 姚锦宝;考虑土—结构动力相互作用的轨道交通引起的环境振动及隔振措施研究[D];北京交通大学;2010年
7 姚廷强;球轴承多体接触动力学研究[D];昆明理工大学;2009年
8 郜新军;地震及列车竖向荷载作用下大跨桥梁动力响应分析研究[D];北京交通大学;2011年
9 武成浩;基于桩土共同作用理论的高层结构地震反应分析与抗震性能评估方法研究[D];北京交通大学;2010年
10 单刚义;复杂地质条件地震多波照明及地震采集方法研究[D];吉林大学;2011年
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1 田禹;煤岩双相介质弹性波场数值模拟[D];山东科技大学;2010年
2 宋现洲;某空气压缩机转子轴承系统动力学分析[D];郑州大学;2010年
3 黄鹏飞;广义精细积分算法在分子动力学中应用的探究[D];大连理工大学;2010年
4 陈凤;基于精细积分法的压电智能结构振动最优控制[D];大连理工大学;2010年
5 齐平;后注浆钻孔灌注桩的承载力及沉降研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
6 王松;大型沉箱码头的非线性动力反应分析[D];长沙理工大学;2010年
7 鉴学升;隧道爆破对地面振动影响的研究[D];长沙理工大学;2010年
8 巩朝;拱梁组合体系桥梁的地震反应分析[D];长沙理工大学;2010年
9 邓志荣;公路斜交桥的地震反应分析[D];长沙理工大学;2010年
10 王子昱;大跨度双塔斜拉桥地震反应分析及抗震措施研究[D];长沙理工大学;2010年
【同被引文献】
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1 胡聿贤;孙平善;章在墉;田启文;;场地条件对震害和地震动的影响[J];地震工程与工程振动;1980年00期
2 廖振鹏;;近场波动问题的有限元解法[J];地震工程与工程振动;1984年02期
3 廖振鹏,刘晶波;离散网格中的弹性波动(Ⅰ)[J];地震工程与工程振动;1986年02期
4 刘晶波,廖振鹏;离散网格中的弹性波动(Ⅱ)——几种有限元离散模型的对比分析[J];地震工程与工程振动;1989年02期
5 廖振鹏,刘晶波;波动的有限元模拟——基本问题和基本研究方法[J];地震工程与工程振动;1989年04期
6 刘晶波,廖振鹏;离散网格中的弹性波动(Ⅲ)——时域离散化对波传播规律的影响[J];地震工程与工程振动;1990年02期
7 李小军,廖振鹏,杜修力;有阻尼体系动力问题的一种显式差分解法[J];地震工程与工程振动;1992年04期
8 廖振鹏;局部透射边界的精度[J];地震工程与工程振动;1993年03期
9 景立平,廖振鹏;局部和全局边界条件的组合[J];地震工程与工程振动;2000年03期
10 周正华,廖振鹏;多次透射公式的一种稳定实现措施[J];地震工程与工程振动;2001年01期
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1 张晓志;近场SH波动数值模拟若干问题研究[D];中国地震局工程力学研究所;2002年
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1 赵密;粘弹性人工边界及其与透射人工边界的比较研究[D];北京工业大学;2004年
2 唐晖;显式积分格式及其在波动有限元模拟中的应用研究[D];中国地震局地球物理研究所;2005年
3 谢志南;近场波动数值模拟的几点注记[D];中国地震局工程力学研究所;2006年
4 张皎;场地条件对地震动峰值及衰减关系的影响研究[D];北京工业大学;2008年
【二级参考文献】
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1 王寿梅,赵国兴;用泰勒级数求解非线性代数和微分方程组[J];北京航空航天大学学报;1996年03期
2 宗福开;波传播问题中有限元分析的频散特性及离散化准则[J];爆炸与冲击;1984年04期
3 庄娟,林君,吴东江,张伯军,张子三;高频可控震源与大地振动耦合过程幅频特性分析[J];长春科技大学学报;1999年02期
4 孟庆生,何樵登,朱建伟,王德利;基于BISQ模型双相各向同性介质中地震波数值模拟[J];吉林大学学报(地球科学版);2003年02期
5 戴志阳,孙建国,查显杰;地震波场模拟中的褶积微分算子法[J];吉林大学学报(地球科学版);2005年04期
6 廖振鹏;杨柏坡;袁一凡;;三维地形对地震地面运动的影响[J];地震工程与工程振动;1981年01期
7 王志良;韩清宇;;粘弹塑性土层地震反应的波动分析法[J];地震工程与工程振动;1981年01期
8 廖振鹏,杨柏坡,袁一凡;暂态弹性波分析中人工边界的研究[J];地震工程与工程振动;1982年01期
9 廖振鹏;无限弹性介质中暂态标量波问题的有限模型[J];地震工程与工程振动;1982年04期
10 廖振鹏,王阜;论结构物的竖向地震输入[J];地震工程与工程振动;1983年02期
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1 脱霞庆;;VSP测井中可控震源信息的野外采集方法[J];石油仪器;1990年04期
2 曾鸾,李志勇,高凤珍;大吨位可控震源的应用及效果分析[J];石油物探;2002年03期
3 陶知非;;我国首次引进新一代可控震源控制系统VE416(VER5.0)[J];物探装备;1992年02期
4 刘洪斌;可控震源的静态设计[J];物探装备;1995年04期
5 蒋京;可控震源的隐故障与检测方法[J];物探装备;1995年04期
6 庄娟;张伯军;林君;;可控震源振动器平板力的传输分析[J];试验技术与试验机;1996年Z2期
7 杨慧娟;气压传动及控制在可控震源上的应用[J];物探装备;2005年01期
8 金钟;AMGP23/3LRS351型可控震源的主要特点[J];物探装备;1995年04期
9 陶知非,王迎春,吕雯节;VE432控制系统与可控震源培训手册(七)[J];物探装备;2002年03期
10 张宏乐;可控震源信号中的谐波畸变影响及消除[J];物探装备;2003年04期
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1 卢川;游庆瑜;;用于金属矿探测的便携式精密可控震源系统研制[A];中国地球物理学会第二十七届年会论文集[C];2011年
2 常旭;李林新;刘伊克;王红落;;北京断陷黄庄—高丽营断层伪随机可控震源地震剖面[A];中国科学院地质与地球物理研究所2008学术论文汇编[C];2009年
3 赵鸿;刘玉玲;;贴体坐标变换技术在渗流计算中的应用[A];第九届全国渗流力学学术讨论会论文集(二)[C];2007年
4 刘韬;杨金华;胡天跃;;地震正演模拟的有限元有限差分法[A];中国地球物理学会第22届年会论文集[C];2006年
5 牛荣军;黄平;孟永钢;温诗铸;;磁头/磁盘系统气体稀薄效应的影响与数值分析[A];2006全国摩擦学学术会议论文集(二)[C];2006年
6 张慧;张中杰;杨宝俊;;粘弹性介质褶皱过程中压力分布的谱—有限差分法数值模拟[A];中国地球物理.2003——中国地球物理学会第十九届年会论文集[C];2003年
7 赵文雅;饶建华;;厚壁钢管热轧材冷却温度场的计算机模拟[A];12省区市机械工程学会2006年学术年会湖北省论文集[C];2006年
8 徐兆涛;王华忠;李幼铭;李心友;;有限差分法二维叠前深度偏移[A];寸丹集——庆贺刘光鼎院士工作50周年学术论文集[C];1998年
9 王亚纯;杨海天;;一种求解时间分数阶扩散方程的时域自适应算法[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
10 武印娜;林鹏智;;溃坝水流的二维数值模拟[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
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1 本报记者 黄普根 通讯员 张永久;可控震源技术进步里程碑[N];中国石油报;2011年
2 集团公司工程技术公司 张卫军;转变发展方式 推进可控震源应用[N];中国石油报;2010年
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5 记者 马永通讯员 王霞;东方物探履带轮系可控震源研制成功[N];中国石油报;2007年
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9 通讯员 周德茂;东方物探构筑核心装备体系[N];中国石油报;2006年
10 特约记者 黄普根通讯员 王霞;研发背后是首歌[N];中国石油报;2008年
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1 唐晖;地震波动数值模拟及稳定性研究[D];中国地震局工程力学研究所;2011年
2 倪宇东;可控震源地震勘探新方法研究与应用[D];中国地质大学;2012年
3 姜弢;基于相控震源的地震波定向方法研究[D];吉林大学;2006年
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5 戚志鹏;瞬变电磁三维合成孔径延拓成像方法研究[D];长安大学;2011年
6 高磊;地震初至波自动拾取和折射波表层调查方法研究[D];成都理工大学;2008年
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9 王子辉;饱和两相与单相土互层场地中地铁车站地震反应分析[D];北京交通大学;2008年
10 魏建新;正交各向异性介质波场特性的物理模拟研究[D];中国地震局地球物理研究所;2003年
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1 邹淼;便携式液压冲击可控震源信号设计与系统研制[D];吉林大学;2012年
2 李凤磊;可控震源滑动扫描谐波干扰压制方法研究[D];中国石油大学;2011年
3 王春雨;运用有限差分法研究光纤光栅中布拉格孤子的传输[D];内蒙古大学;2005年
4 袁丽芸;水下弹性/压电双层板的声波反射分析[D];华中科技大学;2005年
5 史光媛;热泵热水系统的研究[D];湖南大学;2007年
6 杨玄;基于DSP可控震源伪随机信号发生器设计[D];长江大学;2012年
7 李清;多芯片组件基板的热效应和热应力分析[D];南京理工大学;2005年
8 张学娟;横向非均匀介质模型的波动方程响应研究[D];大庆石油学院;2006年
9 李亚晶;组分型孔隙流体介质波场模拟及属性研究[D];中国地质大学(北京);2006年
10 柯宅邦;基桩低应变动测空间轴对称问题的理论与实践研究[D];合肥工业大学;2006年
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