三维一致粘弹性人工边界及等效粘弹性边界单元

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1、第24卷第12期Vol.24No.12工程力学2007年12月Dec.2007ENGINEERINGMECHANICS31文章编号：1000-4750(2007)12-0031-07三维一致粘弹性人工边界及等效粘弹性边界单元1,2*22谷音，刘晶波，杜义欣(1.福州大学土木工程学院，福州350002；2.清华大学土木工程系，北京100084)摘要：基于粘弹性人工边界推导了三维一致粘弹性人工边界单元的刚度及阻尼矩阵，利用单元矩阵等效原理采用普通有限单元构造了等效粘弹性边界单元来模拟三维粘弹性边界。均匀半空间算例与成层半空间算例证明三维粘弹性边界单元具有与集中

2、粘弹性人工边界相近的精度，并且施加更为简便。关键词：波动；粘弹性人工边界；三维有限元模型；人工边界单元；成层半空间；结构-地基动力相互作用中图分类号：TU435;O347.4;P315.3文献标识码：A3DCONSISTENTVISCOUS-SPRINGARTIFICIALBOUNDARYANDVISCOUS-SPRINGBOUNDARYELEMENT1,2*22GUYin,LIUJing-bo,DUYi-xin(1.DepartmentofCivilEngineering,FuzhouUniversity,Fuzhou350002,China;2.Dep

3、artmentofCivilEngineering,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)Abstract:Thestiffnessanddampingmatrixesof3Dconsistentartificialboundaryarededucedthroughviscous-springartificialboundarytheory.3Dequivalentviscous-springartificialboundaryelementisdevelopedbycomparingthematrixesofgen

4、eralfiniteelementandconsistentviscous-springartificialboundary.Thisboundaryelementisappliedtouniformandlayeredhalfspaceproblems,respectively.Theresultsshowthat3Dequivalentviscous-springboundaryelementhasthesameprecisionasviscous-springartificialboundary,andtheformerismoreapplicabl

5、eandsimple.Keywords:wavemotion;viscous-springartificialboundary;3Dfiniteelement;artificialboundaryelement;layeredhalfspace;dynamicsoil-structureinteraction模拟无限地基辐射阻尼是进行结构-地基动力粘弹性人工边界是局部人工边界中的一种，它克服相互作用问题分析的一个关键环节。采用有限元法了粘性边界引起的低频漂移，能够模拟人工边界外等数值方法求解结构-地基动力相互作用问题时，一半无限介质弹性恢复性能，具有良好的

6、频率稳定般需要从无限介质中取出有限尺寸的计算区域，无性，应用方便并且与大型软件容易结合，在ANSYS、限地基的模拟是通过在区域的边界上引入虚拟的NASTRAN、MARC等大型通用有限元软件上都已人工边界来实现的。一般而言，人工边界可分为全经初步实现，并且经过验证能够满足工程精度的要[1][3]局人工边界和局部人工边界两大类。局部人工边求，具有良好的稳定性，因此粘弹性人工边界已界具有时空解耦的特性和较好的适用性，计算消耗经在结构-地基动力相互作用相关的科研和工程问[2][4~6]时间少，因而在有限元方法中得到广泛的应用。题中得到越来越多的应用。粘弹性人工边界

7、相———————————————收稿日期：2006-05-11；修改日期：2006-08-07基金项目：国家自然科学基金项目(50478014)；国家973重点基础研究项目(2002CB412706)；北京市自然科学基金重点项目(8061003)作者简介：谷音(1976)，女，福建人，讲师，博士后，主要从事大型结构抗震理论及应用研究(E-mail:cinoa@fzu.edu.cn)；*刘晶波(1956)，男，辽宁人，教授，博士，博导，主要从事结构工程和防灾减灾工程研究(E-mail:liujb@tsinghua.edu.cn)；杜义欣(1979)，男，河北

8、人，博士生，主要从事结构抗震和防护工程研究(E-mail:duyx