人工边界条件的数值模拟实现方法课件.ppt

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1、人工边界条件（ABC）的实现方法Artificialboundaryconditions问题的引入-动力学两种系统开放系统示例开放系统两类问题1、波源问题-波源和广义结构均在边界范围内2、散射问题-波源在边界区域之外(边界外入射)1、动载直接作用在广义结构之上设置在结构上的动力装置的作用飞行物体和空气中爆炸波对结构的冲击2、动载来自地基无限域中的入射波如地层波和爆炸波等所讨论的问题：广义结构对无限域中入射弹性波的动力反应及其在近区介质中的散射效应解决方法：数值解法引入问题：人工边界（ABC）的设置问题分析模型人工边界（ABC）的要求应保证且仅保证发自广义结构的外行散射

2、波进入外部无限域，即外行散射波满足ABC，而内行波动则不满足ABC。边界上满足相当于无限区域协调条件。人工边界类型1、全局(global)人工边界条件要求外行波满足无限域的所有场方程和物理边界条件，包括无穷远辐射条件，对无限地基的模拟是精确的，如边界元法。在空间和时间上是耦联的，通常要求在频域求解。2、局部(local)人工边界条件仅模拟外行波穿过人工边界向无穷远传播的性质，并不严格满足所有的物理方程和辐射条件，一个边界点在某一时刻的运动仅与邻近结点邻近时刻的运动有关，如旁轴近似人工边界、透射人工边界、粘弹性人工边界等。主要特征是时空解耦。处理方法提出过的人工边界条件

3、粘弹性边界粘弹性元件参数二维弹簧系数KB和阻尼系数CB分别为ANSYS中实现方法1、plane平面和solid实体单元(结构单元)2、combin弹簧单元(人工边界单元)缺点:设置边界繁琐，无法施加初应力!Plane平面单元Combin弹簧单元2D模型等效粘弹性边界单元在模型边界上沿法向延伸一层相同类型的单元将外层边界固定，材料性质等价于粘弹性人工边界单元可推广到三维实例验证模型参数杆体：100m×4m×4m粘弹体：2m×4m×4m限制底部纵向位移约束粘弹体加载加载波形持续0.01s，波形传递长度为20m，加载步长0.001s加载时间为T=0.3s，按波速计算100m

4、需0.05s传播到杆端计算安排波动问题1、从杆自由端加载(非粘弹性边界)2、从杆自由端加载(粘弹性边界)散射问题1、从杆约束端加载(非粘弹性边界)2、从杆约束端加载(粘弹性边界)计算结果监测点(如图示)监测数据(sy)波动问题理论解波动问题两种解对比（多次）反射波非粘弹性边界粘弹性边界散射问题理论解散射问题两种解对比非粘弹性边界粘弹性边界地震波适应条件地震工程感兴趣的频段范围f=0.1~10Hz对应周期T=1~10s例：EL-CENTRO地震波功率谱集中在0~5Hz地震波波形取f=2Hz模拟地震波（T=0.5s）加载应力波形σ=100sin4πtKPa上部加载，时间t

5、=5s，Δt=0.01s计算结果对比非粘弹性边界粘弹性边界三维模型加载试验中心小范围区域加载（20×20）80×80×60m3选取监测应力点Mises应力点1点3点5点3点1减去初始地应力Mises应力点2和4重合Mises应力点3点3处位移uy-速度vy-加速度ayuyvyay存在问题1、粘弹性边界情况下计算应力数值有偏离，可能偏大也可能偏小。2、应力偏离总体不大，但由于节点位移与实际相差较大，可能导致速度和加速度偏差较大，曲线不稳定。3、地震波从人工边界加载的方式，位移-速度-加速度-应力()一致的边界条件。Ansys单元问题支持初应力单元，不支持D-P材料模型支

6、持D-P的单元，不支持初应力施加不支持D-P模型或混凝土模型solid65谢谢！