动力人工边界构建方法技术

本发明专利技术公开了一种动力人工边界构建方法，将动力人工边界设置在土

【技术实现步骤摘要】
动力人工边界构建方法、设备、设施建造方法和系统


[0001]本专利技术属于核工业
，具体涉及一种动力人工边界构建方法
、
设备
、
设施建造方法和系统
。

技术介绍

[0002]近年来随着核工程的积极发展，良好的基岩厂址越来越少，核工程建设厂址选择由基岩场地向非基岩场地过渡将成为必然趋势
。
目前，核工程建设受到了选址的限制，主要是非基岩厂址土
‑
结构动力相互作用分析技术的限制
。
[0003]目前成熟的土
‑
结构动力相互作用分析方法一般仅适用于基岩或地基条件良好的硬土厂址
。
主要原因是传统分析方法采用线性动力人工边界，即假设动力人工边界中的相关参数在地震作用下不发生变化
。
而对于非基岩厂址中的中软土或软土厂址，采用上述假设已不再适用
。
中软土或软土在地震作用下会发生强非线性行为，会影响自由场的计算
。
传统的线性动力人工边界不能获得土体材料发生模量衰减后的准确自由场，土体的非线性越强，传统的方法偏差越大，故采用传统的线性动力人工边界已无法准确分析非基岩厂址土
‑
结构体系在地震作用下的动力响应
。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种动力人工边界构建方法，该方法能够根据土体的非线性程度，自动调整自由场输入，确保了分析的准确性，使动力人工边界精准吸收非基岩地基在地震中的外行散射波，准确模拟土
‑
结构体系在地震作用下的动力响应，本专利技术还提供一种动力人工边界构建设备
、
设施建造方法和系统
。
[0005]本专利技术提供一种动力人工边界构建方法，包括以下步骤：
[0006]S1
，根据厂址的岩土材料属性获取动力人工边界和土
‑
结构整体有限元模型，所述动力人工边界设置在土
‑
结构整体有限元模型的截断边界处；
[0007]S2
，对土
‑
结构整体有限元模型执行地震动力响应分析，获取迭代后的岩土材料属性；
[0008]S3
，根据迭代后的岩土材料属性更新动力人工边界参数和土
‑
结构整体有限元模型参数；
[0009]S4
，根据迭代后的岩土材料属性，以及对更新后的土
‑
结构整体有限元模型自由场进行自由场分析，以获取自由场输入；
[0010]重复步骤
S2
～
S4
，直至动力人工边界的参数
、
土
‑
结构整体有限元模型的参数以及自由场输入均收敛，以收敛后的动力人工边界和自由场输入作为最终土
‑
结构整体有限元模型的动力人工边界和自由场输入
。
[0011]优选的，步骤
S2
具体包括：
[0012]对土
‑
结构整体有限元模型执行等效地震节点力的输入，以执行地震动力响应分
析，从而获取土
‑
结构整体有限元模型每个土体单元的等效剪应变；
[0013]根据每个土体单元的等效剪应变
、
剪切模量随等效剪应变变化情况
、
以及阻尼比随等效剪应变变化情况获取土体单元的剪切模量
G
和阻尼比
D
，即获取迭代后的岩土材料属性
。
[0014]优选的，所述步骤
S3
中，根据迭代后的岩土材料属性更新土
‑
结构整体有限元模型参数，是指根据土体单元的剪切模量
G
和阻尼比
D
更新土
‑
结构整体有限元模型参数
。
[0015]优选的，所述步骤
S3
中，根据迭代后的岩土材料属性更新动力人工边界参数，是指根据动力人工边界各节点处的土体单元的剪切模量
G
更新动力人工边界各节点的参数
。
[0016]优选的，所述步骤
S3
中，根据迭代后的岩土材料属性更新动力人工边界参数，具体包括：
[0017]获取动力人工边界各节点所关联的土体单元的岩土材料属性；
[0018]将在同一节点关联范围内的各个土体单元的岩土材料属性平均，以该平均后的岩土材料属性更新动力人工边界该节点的参数
。
[0019]优选的，所述动力人工边界各节点的参数包括法向弹簧刚度
K
BN
，切向弹簧刚度
K
BT
，法向阻尼系数
c
BN
以及切向阻尼系数
c
BT
，各参数通过下式计算得到：
[0020][0021][0022]c
BN
＝
A
ρ
V
p
[0023]c
BT
＝
A
ρ
V
s
[0024]其中
A
为动力人工边界各节点的分摊面积；
α
N
和
α
T
分别为法向和切向的刚度调整系数，一般
α
N
＝
1.33
，
α
T
＝
0.67
；
ρ
为岩土材料的密度；
R
为散射波源到人工边界的距离；
V
p
和
V
s
分别为土体单元的压缩波速和剪切波速，根据土体单元的剪切模量
G
得到
。
[0025]优选的，步骤
S4
中，所述获取自由场输入，是指得到等效地震节点力
F
b
，所述等效地震节点力
F
b
通过下式计算得到：
[0026][0027]其中，
K
为动力人工边界上的弹簧刚度矩阵，
C
为动力人工边界上的阻尼器的阻尼矩阵，根据所述迭代后的岩土材料属性中的土体单元的剪切模量
G
得到；
u、
以及
σ
分别为位移
、
速度和应力项，由所述对更新后的土
‑
结构整体有限元模型自由场进行自由场分析得到，为动力人工边界所在平面的外法线方向；其中，
u
x
，
u
y
，
u
z
分别为自由场的三向位移，分别为自由场的三向速度，
σ
xx
，
σ
yy
，
σ
zz
分别为自由场的三向正应力；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种动力人工边界构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1
，根据厂址的岩土材料属性获取动力人工边界和土
‑
结构整体有限元模型，所述动力人工边界设置在土
‑
结构整体有限元模型的截断边界处；
S2
，对土
‑
结构整体有限元模型执行地震动力响应分析，获取迭代后的岩土材料属性；
S3
，根据迭代后的岩土材料属性更新动力人工边界参数和土
‑
结构整体有限元模型参数；
S4
，根据迭代后的岩土材料属性，以及对更新后的土
‑
结构整体有限元模型自由场进行自由场分析，以获取自由场输入；重复步骤
S2
～
S4
，直至动力人工边界的参数
、
土
‑
结构整体有限元模型的参数以及自由场输入均收敛，以收敛后的动力人工边界和自由场输入作为最终土
‑
结构整体有限元模型的动力人工边界和自由场输入
。2.
根据权利要求1所述的动力人工边界构建方法，其特征在于，所述步骤
S2
具体包括：对土
‑
结构整体有限元模型执行等效地震节点力的输入，以执行地震动力响应分析，从而获取土
‑
结构整体有限元模型每个土体单元的等效剪应变；根据每个土体单元的等效剪应变
、
剪切模量随等效剪应变变化情况
、
以及阻尼比随等效剪应变变化情况获取土体单元的剪切模量
G
和阻尼比
D
，即获取迭代后的岩土材料属性
。3.
根据权利要求2所述的动力人工边界构建方法，其特征在于：所述步骤
S3
中，根据迭代后的岩土材料属性更新土
‑
结构整体有限元模型参数，是指根据土体单元的剪切模量
G
和阻尼比
D
更新土
‑
结构整体有限元模型参数
。4.
根据权利要求2所述的动力人工边界构建方法，其特征在于：所述步骤
S3
中，根据迭代后的岩土材料属性更新动力人工边界参数，是指根据动力人工边界各节点处的土体单元的剪切模量
G
更新动力人工边界各节点的参数
。5.
根据权利要求2或4所述的动力人工边界构建方法，其特征在于，所述步骤
S3
中，根据迭代后的岩土材料属性更新动力人工边界参数，具体包括：获取动力人工边界各节点所关联的土体单元的岩土材料属性；将在同一节点关联范围内的各个土体单元的岩土材料属性平均，以该平均后的岩土材料属性更新动力人工边界该节点的参数
。6.
根据权利要求4所述的动力人工边界构建方法，其特征在于，所述动力人工边界各节点的参数包括法向弹簧刚度
K
BN
，切向弹簧刚度
K
BT
，法向阻尼系数
c
BN
以及切向阻尼系数
c
BT
，各参数通过下式计算得到：各参数通过下式计算得到：
c
BN
＝
A
ρ
V
p
c
BT
＝
A
ρ
V
s
其中
A
为动力人工边界各节点的分摊面积；
α
N
和
α
T
分别为法向和切向的刚度调整系数，一般
α
N
＝
1.33
，
α
T
＝
0.67
；
ρ
为岩土材料的密度；
R
为散射波源到人工边界的距离；
V
p
和
V
s
分别为土体单元的压缩波速和剪切波...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海龙，靳金平，隋春光，杨建华，王健，忻嘉，王冠通，谢中宇，孙晓颖，王东洋，
申请(专利权)人：中国核电工程有限公司，
类型：发明
国别省市：