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基于三维有限单元法的半无限土体动力分析

方震  
【摘要】: 随着国家现代化发展和基础设施建设的大力投入,铁路、公路和城市轨道交通得到了前所未有的发展。交通系统的不断发展和完善,导致交通密度不断增加,交通工具的速度日益提高,使得振动和噪声的影响日益显著,对于这方面的研究工作也就变得日趋复杂。交通系统产生的振动问题,包括振动产生的原因、传播路径与控制、振动规律及危害等方面的研究。振动波在土体中的传播问题是其中的重要组成部分。本文在前人研究的基础上,以自由场地半无限土体为研究对象,通过分析冲击荷载下土体的动力响应,研究振动波在土体中的传播规律以及隔振沟的减隔振效果,为交通引起的环境振动评价和控制提供可行性参考。 本文采用三维有限单元法模拟振动波在半无限土体中的传播问题。为了更切实际地模拟半无限土体,模型采用了有阻尼结构,并设置了人工阻尼边界。为提高计算精度和效率,将采用八结点六面体非协调单元,推导其刚度矩阵,并代入自编FORTRAN有限元动力程序,计算冲击荷载作用下半无限土体的动力响应。将计算结果与ANSYS软件进行对比,验证这一方法的可行性。另外,研究了隔振沟对振动波的影响。通过改变沟的宽度、深度以及荷载到沟的距离,分析不同情况下隔振沟的阻隔效果。通过比较加速度时程曲线和极值变化趋势图,从中得出波的传播规律也符合国内外文献中的一些研究成果。另外,隔振沟的阻隔效果也比较明显,沟的深度对阻隔效果影响较大。本文用三维非协调单元和人工阻尼边界研究土体动力问题,这一方法收到了较好的效果,同时也为环境振动的进一步研究提供参考。


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