基于有限元与边界元耦合方法的土动力响应分析

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随着我国轨道交通的不断发展和列车运行速度的不断提高,交通荷载引起的振动对周围环境的影响越来越受到人们的关注。在此背景下,研究动荷载作用下土的动力响应的计算方法具有十分重要的意义。 要做出正确适当的环境振动评价,首先要弄清楚列车运行时振动产生的机理及传播规律。本文研究的对象为城市高架轨道交通系统产生的振动对周围环境的影响。城市高架轨道结构一般包括:轨道、轨道扣件、轨道垫块、箱型梁和桥墩。列车运行时,车轮和轨道间存在着相互作用,由于轮重的作用使轨道产生弯曲变形,弯曲波通过轨道垫块传给箱型梁,进一步传递给桥墩,然后振动通过桥墩向周围土中传播,从而进一步引发建筑物的二次振动。基于以上分析,本文的主要内容可总结为以下几点: 1、利用有限元法适用于处理材料性状与几何形状变化复杂的问题和边界元法适用于处理无限或半无限问题的特点,对基础和上部变化比较复杂的土体用有限元进行离散,而对其它的半无限空间土体用边界元进行离散,然后利用二者分界面上的位移一致性和力的平衡条件将两部分耦合起来。第二章详细推导了这一基本理论过程,这一部分是后面工作的基础。 2、借助于Matlab程序设计语言,对第二章中的理论推导编制相应程序,从而实现了从理论到实际应用的转化。 3、利用编制的程序来计算冲击荷载作用下,一基础产生的振动在周围土中的传播,并计算了基础中心不同距离处地表面的动力响应,将其结果与用有限元(Ansvs)方法所得的结果进行对比,从而证明了本文所研究方法的可靠性和高效性。 最后,在全面总结全文工作的基础上,提出了文章尚需深入研究的问题。
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