动力人工边界条件设置方法及系统、安全评估方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种动力人工边界条件设置方法及系统、安全评估方法及系统，本发明专利技术避免了有限元动力时程法中黏弹边界条件的刚度系数取值的随意性问题，又可克服黏性边界条件的整体飘逸失稳问题，且可以考虑数值模型两侧截断边界处地基无限域内存在的自由场运动，避免了输入的地震波在模型两侧人工边界处产生严重波形扭曲问题，计算精度较高，可对模型截断边界处的外行散射波进行有效吸收。

【技术实现步骤摘要】
动力人工边界条件设置方法及系统、安全评估方法及系统
本专利技术涉及一种动力人工边界条件设置方法及系统、安全评估方法及系统，属于隧道与地下工程抗震安全评估有限元数值模拟

技术介绍
地下结构位于地面以下的半无限域地基内。采用有限元动力时程法开展地下结构地震动力响应数值分析时，需从半无限域地基内截取包含地下结构的近场有限域，建立有限元数值分析模型。为了保证有限元数值模型内近场波动模拟的精度，需在数值模型截断边界处设置动力人工边界条件，以模拟无限域地基对近场散射波的辐射效应。动力人工边界条件主要用于吸收计算域内外行散射波，以防止散射波在人工截断边界上返回模型内部干扰计算结果。目前，基于有限元动力时程法开展地下结构地震响应数值分析时，采用的动力人工边界条件主要包括黏弹性边界条件、黏性边界条件和无限元边界条件，且数值模拟时仅采用其中的一种边界条件。其中，仅采用黏弹性边界条件时，黏弹性边界条件的刚度系数取值存在随意性，导致数值模拟精度存在损失；仅采用黏性边界条件时，动力分析过程中整个模型将完全处于漂浮失稳状态，模型将产生过大的整体刚性位移，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种动力人工边界条件设置方法，其特征在于：包括，/n获取有限域数值模型静力计算阶段的最终应力场与变形场；/n释放静力计算中有限域数值模型两侧施加的固定位移约束边界条件；/n在有限域数值模型两侧人工边界结点上施加结点约束反力及粘性阻尼器；/n在有限域数值模型两侧截断边界外侧分别构建一维波动的自由场土柱模型，并在两侧自由场土柱模型的底部施加无限元边界条件，实现动力人工边界条件设置。/n

【技术特征摘要】
1.一种动力人工边界条件设置方法，其特征在于：包括，
获取有限域数值模型静力计算阶段的最终应力场与变形场；
释放静力计算中有限域数值模型两侧施加的固定位移约束边界条件；
在有限域数值模型两侧人工边界结点上施加结点约束反力及粘性阻尼器；
在有限域数值模型两侧截断边界外侧分别构建一维波动的自由场土柱模型，并在两侧自由场土柱模型的底部施加无限元边界条件，实现动力人工边界条件设置。


2.根据权利要求1所述的一种动力人工边界条件设置方法，其特征在于：获取有限域数值模型静力计算阶段的最终应力场与变形场，具体过程为，
构建半无限地基的有限域数值模型；
对有限域数值模型的两侧截断边界处施加固定位移约束边界条件、底部施加无限元边界条件，对有限域数值模型施加重力，计算初始地应力场；
基于初始地应力场，对地下结构的施工过程进行数值模拟，获得静力计算阶段的最终应力场与变形场。


3.根据权利要求1所述的一种动力人工边界条件设置方法，其特征在于：
在有限域数值模型两侧人工边界结点上施加结点约束反力，具体过程为，
提取有限域数值模型两侧截断边界上的结点约束力；
移除两侧截断边界结点上的固定位移约束边界条件，对两侧人工边界结点施加数值上等于约束力大小且方向相同的支撑力。


4.一种安全评估方法，其特征在于：包括；
根据权利要求1~3任意一项方法，进行动力人工边界条件设置；
基于设置的动力人工边界条件，在有限域数值模型的主网格及两侧自由场土柱模型的底部截断边界处输入竖直向上传播的地震波，开展地震动力时程分析；
根据地震动力时程分析结果，对地下结构抗震安全进行评估。


5.根据权利要求4所述的一种安全评估方法，其特征在于：在地震动力时程分析过程中，以应力方式将两侧自...

【专利技术属性】
技术研发人员：周兴涛，薛晓辉，徐开民，
申请(专利权)人：湖北文理学院，太原理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42