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地震激励下等横截面无限水库频域和时域响应的FEM-SBFEM计算方法
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作者 李上明 肖世富 《应用数学和力学》 北大核心 2025年第4期425-437,共13页
坝体抗震设计和评估需要准确计算无限水库动力响应.基于比例边界有限元法(scaled boundary finite element method,SBFEM)力学推导技术,推导了顺河向地震激励下等横截面无限水域频域响应计算公式,利用Fourier逆变换建立了时域响应控制方... 坝体抗震设计和评估需要准确计算无限水库动力响应.基于比例边界有限元法(scaled boundary finite element method,SBFEM)力学推导技术,推导了顺河向地震激励下等横截面无限水域频域响应计算公式,利用Fourier逆变换建立了时域响应控制方程,通过线性叠加推导了顺河、横河、竖直三向组合地震激励下的无限水域频域和时域响应的SBFEM计算公式.结合有限元法,建立了无限水库频域和时域响应的FEM-SBFEM耦合方程.分析了地震激励下的二维、三维等横截面无限水库频域、时域响应,数值验证了所建立计算公式的正确性.所发展的FEM-SBFEM公式体系可推广应用于库底库岸具有吸收性的、横截面有任意几何形状的无限水库谐响应及瞬态响应分析. 展开更多
关键词 无限水库 瞬态分析 谐响应分析 比例边界有限元 有限元
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耦合SBFEM-FEM的高拱坝系统地震响应分析
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作者 陈灯红 梁羽翔 +2 位作者 刘云辉 张心瀚 胡昊文 《水力发电学报》 北大核心 2025年第4期72-84,共13页
高拱坝的巨大尺寸跨度以及需考虑的不同分区材料属性和坝基地形的复杂性,采用传统有限元法进行精细化建模时存在一定局限性。本文建立了一种耦合SBFEM-FEM高拱坝-地基-库水系统的地震分析数值分析模型。该模型以SBFEM理论为基础,通过蒙... 高拱坝的巨大尺寸跨度以及需考虑的不同分区材料属性和坝基地形的复杂性,采用传统有限元法进行精细化建模时存在一定局限性。本文建立了一种耦合SBFEM-FEM高拱坝-地基-库水系统的地震分析数值分析模型。该模型以SBFEM理论为基础,通过蒙皮单元技术耦合八叉树SBFEM自定义单元与ABAQUS内置单元,将SBFEM半解析和网格灵活的优势与ABAQUS成熟的线性与非线性求解器和前/后处理模块相结合。以XL高拱坝为例,对其进行了地震作用下线弹性、接触非线性与材料非线性动力响应分析。结果表明:本文方法相较于传统有限元法能够有效减少计算所需资源,并且能够准确模拟高拱坝在地震作用下的非线性响应及损伤情况,对大坝以及其他建筑的抗震研究具有一定的借鉴意义。 展开更多
关键词 比例边界有限元 耦合sbfem-fem 接触非线性 非线性动力响应 八叉树网格
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基于FEM-SBFEM的水下结构声固耦合分析方法 被引量:3
3
作者 李上明 《西南科技大学学报》 CAS 2015年第4期73-77,共5页
针对浸没在无限水域中的水下结构声固耦合问题,基于有限元(FEM)与比例边界有限元法(SBFEM)建立了水下结构声固强耦合公式。在该耦合公式中,水下结构用FEM模拟,而无限水域截断成有限水域与剩余的无限水域,其中有限水域用声学FEM模拟,剩... 针对浸没在无限水域中的水下结构声固耦合问题,基于有限元(FEM)与比例边界有限元法(SBFEM)建立了水下结构声固强耦合公式。在该耦合公式中,水下结构用FEM模拟,而无限水域截断成有限水域与剩余的无限水域,其中有限水域用声学FEM模拟,剩余的无限水域用SBFEM模拟。水下结构与有限水域的耦合效应及有限水域与无限水域的耦合效应通过耦合面的运动学条件及动力学条件获得。基于耦合面的运动学及动力学条件,建立水下结构与周边无限水域的FEM-SBFEM强耦合公式。利用该耦合公式,采用Newmark直接积分法分析了水下结构的瞬态响应。数值分析结果表明了该FEM-SBFEM耦合公式的正确性。相比于FEM模拟无限水域,该耦合公式具有自由度少、精确满足无限水域无反射等特点,可为水下结构动力响应分析提供一种新的分析手段。 展开更多
关键词 水下结构 无限水域 声固耦合 fem-sbfem耦合公式
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基于FEM/SBFEM的无穷域势流问题重叠型区域分解计算
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作者 吴泽艳 王立峰 +1 位作者 陈莘莘 武哲 《数值计算与计算机应用》 CSCD 北大核心 2011年第3期229-238,共10页
提出了一种将有限元和比例边界有限元相结合求解无穷域势流问题的算法.用两条封闭曲线将求解域划分为存在重叠的有限和无限两个区域,在有限域和无限域上分别用有限元和比例边界有限元方法求解原问题,通过重叠区域交换数据迭代计算,直至... 提出了一种将有限元和比例边界有限元相结合求解无穷域势流问题的算法.用两条封闭曲线将求解域划分为存在重叠的有限和无限两个区域,在有限域和无限域上分别用有限元和比例边界有限元方法求解原问题,通过重叠区域交换数据迭代计算,直至收敛.分析了重叠区域面积的大小对计算收敛速度的影响,发现随着重叠区域面积的增大迭代次数减少,收敛速度加快.数值算例显示了算法的正确性和收敛性.本算法为求解无穷域势流问题提供了一个方法. 展开更多
关键词 势流 有限元 比例边界有限元 区域分解
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基于跨尺度精细方法的面板坝面板损伤演化尺寸效应分析 被引量:3
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作者 邹德高 陈楷 +2 位作者 余翔 于逸姝 张仁饴 《土木与环境工程学报(中英文)》 CSCD 北大核心 2019年第6期36-42,共7页
中国面板坝建设规模正突破200~300 m级跨越,研究地震面板损伤破坏对特高坝抗震性能和安全控制具有重要意义。引入Quadtree跨尺度建模和非线性SBFEM-FEM耦合分析方法,联合土体广义塑性模型、弹塑性接触模型和混凝土塑性损伤模型,研究了... 中国面板坝建设规模正突破200~300 m级跨越,研究地震面板损伤破坏对特高坝抗震性能和安全控制具有重要意义。引入Quadtree跨尺度建模和非线性SBFEM-FEM耦合分析方法,联合土体广义塑性模型、弹塑性接触模型和混凝土塑性损伤模型,研究了高面板坝面板地震精细损伤演化过程。研究表明:面板损伤区主要发生在高程0.6 H^0.9H区间附近;随顺坡向网格细化,损伤越趋局部化,越能合理地反映面板顶部的损伤破坏现象,建议顺坡向面板尺寸取0.5~1.0 m。面板大部分区域法向划分2层或1层网格可满足计算精度,但对顶部局部区域,可考虑分3层网格。基于Quadtree-SBFEM-FEM的跨尺度分析方法,实现了面板的精细化损伤演化规律研究,可为工程地震薄弱区域的精准定位和抗震安全控制方法的有效性分析提供重要参考和指导。 展开更多
关键词 损伤演化 四分树建模 跨尺度 高面板坝 sbfem-fem耦合
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基于高频连分式与有限元法的水下结构瞬态分析方法 被引量:2
6
作者 李上明 陈红永 吴连军 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2019年第11期1387-1393,共7页
本文针对水下结构与无限声学水域的流固耦合问题,建立了基于比例边界有限元法(SBFEM)连分式和有限元法(FEM)的瞬态分析方法。该方法分别采用SBFEM高频连分式和FEM方程模拟无限水域和水下结构等有限域。基于其耦合项,建立了连分式与FEM... 本文针对水下结构与无限声学水域的流固耦合问题,建立了基于比例边界有限元法(SBFEM)连分式和有限元法(FEM)的瞬态分析方法。该方法分别采用SBFEM高频连分式和FEM方程模拟无限水域和水下结构等有限域。基于其耦合项,建立了连分式与FEM耦合公式。通过数值算例,讨论了连分式阶数对计算精度的影响,比较了连分式法和SBFEM卷积积分的计算效率。数值结果表明高频连分式可准确模拟无限水域的高频特性,并随着连分式阶数的增多,可合理模拟无限水域低频特性。该方法继承SBFEM的精度高、离散单元少等特点,又避免了其卷积积分,提升了计算效率,为水下结构瞬态响应分析提供了一种高效方法。 展开更多
关键词 有限元 连分式 无限水域 水下结构 比例边界有限元法
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基于比例边界有限元法的坝库瞬态耦合分析 被引量:6
7
作者 李上明 《华中科技大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第9期108-111,共4页
将比例边界有限元法延伸至坝库耦合瞬态分析中,建立了模拟无限水库的比例边界有限元法与有限元法的耦合公式,利用坝库耦合作用中的耦合项,发展了坝库耦合瞬态分析的流固耦合解耦迭代算法,分析了水平向地震激励下的重力坝、垂直坝等坝库... 将比例边界有限元法延伸至坝库耦合瞬态分析中,建立了模拟无限水库的比例边界有限元法与有限元法的耦合公式,利用坝库耦合作用中的耦合项,发展了坝库耦合瞬态分析的流固耦合解耦迭代算法,分析了水平向地震激励下的重力坝、垂直坝等坝库耦合瞬态响应.其中:有限域,如坝体和无限水库中的近场域,用有限元法模拟;无限域,如无限水库中的远场域,用比例边界有限元法描述.上述耦合公式和流固耦合解耦迭代算法继承了比例边界有限元法模拟无限域的优点,如离散单元少、精度高、矩阵对称、无须基本解等,数值结果验证了公式和算法的准确性和可行性. 展开更多
关键词 有限元法 无限水库 比例边界有限元法 坝库瞬态响应 水平向地震激励 解耦迭代算法
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基于总场公式的水下冲击结构响应分析方法 被引量:6
8
作者 张浩 赵梓斌 李上明 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2021年第11期220-228,247,共10页
针对无限水域下的结构冲击响应问题,建立了基于PWA(平面波近似)总场公式和SBFEM(比例边界有限元)总场公式与FEM(有限元)耦合的结构响应分析方法。该方法分别采用PWA总场公式和SBFEM总场公式模拟无限域,FEM方程模拟水下结构。通过将其耦... 针对无限水域下的结构冲击响应问题,建立了基于PWA(平面波近似)总场公式和SBFEM(比例边界有限元)总场公式与FEM(有限元)耦合的结构响应分析方法。该方法分别采用PWA总场公式和SBFEM总场公式模拟无限域,FEM方程模拟水下结构。通过将其耦合,建立了PWA-FEM总场公式和SBFEM-FEM总场公式。通过数值算例,讨论了环向单元数量、无限域截断边界大小和形状对总场公式计算准确度的影响,比较了PWA-FEM总场公式和SBFEM-FEM总场公式的计算准确度。数值结果表明了总场公式用于模拟无限水域下结构冲击响应问题的可行性和准确性,且SBFEM-FEM总场公式模拟无限域时,可有效减小有限域离散范围,并对截断边界形状要求不高,适用范围更广,为水下冲击结构响应问题提供了一种有效可行的求解方法。 展开更多
关键词 平面波近似 比例边界有限元 有限元 无限水域 水下冲击 结构响应
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Parametric Analysis of A Submerged Cylindrical Shell Subjected to Shock Waves 被引量:5
9
作者 李上明 FAN Sau-Cheong 《China Ocean Engineering》 SCIE EI 2007年第1期125-136,共12页
In this study, an FEM-SBFEM (scaled boundary finite element method) coupling procedure proposed by Fan et al. (2005) is adopted to obtain the dynamic responses of a submerged cylindrical shell subjected to plane s... In this study, an FEM-SBFEM (scaled boundary finite element method) coupling procedure proposed by Fan et al. (2005) is adopted to obtain the dynamic responses of a submerged cylindrical shell subjected to plane step or exponential acoustic shock waves. The coupling procedure can readily be applied to three-dimensional problem, however for clarity, the problems to be presented are hmited to two-dimeusional domain. In the analyses, the cylindrical shell is modeled by simple beam elements (using FEM), while the effects of the surrounding infinite fluid is modeled by the SBFEM. In it, no free surface and seabed are involved. Compared with Fan and his co-authors' works, the FEM-SBFEM coupling procedure is further verified to be feasible for shock waves by benchmark examples. Furthermore, parametric studies are performed and presented to gain insight into effects of the geometric and material properties of the cylindrical shell on its dynamic responses. 展开更多
关键词 cylindrical shell fem-sbfem coupling shock wave infinite fluid parametric study
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比例边界有限元理论基础及其研究进展分析 被引量:1
10
作者 刘冰 刘一鸣 《宝鸡文理学院学报(自然科学版)》 CAS 2019年第3期61-64,共4页
目的研究比例边界有限元(Scaled Boundary Finite Element Method,SBFEM)的理论基础、应用特点及研究进展。方法通过坐标变化、公式推导等阐述其理论基础。结果与结论在处理应力奇异性和无限域的问题上,SBFEM相比较于传统的有限元方法... 目的研究比例边界有限元(Scaled Boundary Finite Element Method,SBFEM)的理论基础、应用特点及研究进展。方法通过坐标变化、公式推导等阐述其理论基础。结果与结论在处理应力奇异性和无限域的问题上,SBFEM相比较于传统的有限元方法具有很强的优势,是一种具有学术价值和应用前景的新型数值算法。 展开更多
关键词 比例边界有限元 有限元 应力奇异性 无限域
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不同激振方向下动水压力对高面板坝面板动应力的影响 被引量:14
11
作者 孔宪京 许贺 +2 位作者 邹德高 胡志强 周扬 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第9期1153-1159,共7页
目前关于面板坝与库水动力相互作用的研究较少,而且现有的研究没有考虑库底与岸坡振动所激起的动水压力,即不能精确计算动水压力对高面板坝的影响,难以满足300 m级面板坝的安全评价要求。本文采用比例边界有限元方法计算动水压力,对坝高... 目前关于面板坝与库水动力相互作用的研究较少,而且现有的研究没有考虑库底与岸坡振动所激起的动水压力,即不能精确计算动水压力对高面板坝的影响,难以满足300 m级面板坝的安全评价要求。本文采用比例边界有限元方法计算动水压力,对坝高为300 m的面板坝进行了地震作用下三维有限元动力分析,研究了不同方向地震激励下坝面动水压力的分布规律及其对面板动应力的影响。结果表明:顺河向和坝轴向激励的动水压力最大值相差不大,而竖向激振的动水压力最大值相对较大。顺河向地震作用产生的动水压力对面板动应力有明显影响,而坝轴向地震作用下,动水压力对面板动应力有一定影响;竖向地震作用引起的动水压力对面板的动应力影响较大,不考虑动水压力时会明显低估面板的顺坡向应力最大值及高应力区范围。 展开更多
关键词 动水压力 比例边界有限元 面板堆石坝 有限元 面板动应力
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A SEMI-ANALYTICAL SOLUTION FOR CHARACTERISTICS OF A DAMRESERVOIR SYSTEM WITH ABSORPTIVE RESERVOIR BOTTOM 被引量:7
12
作者 LI Shang-ming LIANG Hong LI Ai-min 《Journal of Hydrodynamics》 SCIE EI CSCD 2008年第6期727-734,共8页
In this study, a semi-analytical formulation based on the Scaled Boundary Finite Element Method (SBFEM) was proposed and used to obtain the solution for the characteristics of a two-dimensional dam-reservoir system ... In this study, a semi-analytical formulation based on the Scaled Boundary Finite Element Method (SBFEM) was proposed and used to obtain the solution for the characteristics of a two-dimensional dam-reservoir system with absorptive reservoir bottom in the frequency domain. For simplicity, the dam with arbitrary upstream faces was assumed to be rigid and was subjected to a horizontal ground acceleration, while the reservoir with absorptive bottom was assumed to be semi-infinite. The reservoir was divided into two sub-domains: a near-field sub-domain and a far-field sub-domain. The near-field sub-domain with arbitrary geometry was modelled by the Finite Element Method (FEM), while the effects of the far-field sub-domain which was assumed to be horizontal were described by a semi-analytical formation. The semi-analytical formulation involved the effect of absorptive reservoir bottom, as well as the radiation damping effect of a semi-infinite reservoir. A FEM/SBFEM coupling formulation was presented to solve dam-reservoir coupled problems. The accuracy and efficiency of the coupling formulation were demonstrated by computing some benchmark examples. Highly accurate results are produced even if the near-field sub-domain is very small. 展开更多
关键词 dam-reservoir interaction absorptive bottom sbfem Hydraulic pressure fem/sbfem coupling formulation
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基于比例边界有限元法动态刚度矩阵的坝库耦合分析方法 被引量:8
13
作者 李上明 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2013年第2期313-317,共5页
针对坝体在水平向激励下的瞬态耦合问题和基于比例边界有限元法,推导了等横截面半无限水库的动态刚度矩阵,其值用贝赛尔函数计算。基于该动态刚度矩阵,建立了有限元法与比例边界有限元法的耦合方程,分析了水平向激励下任意几何形状的半... 针对坝体在水平向激励下的瞬态耦合问题和基于比例边界有限元法,推导了等横截面半无限水库的动态刚度矩阵,其值用贝赛尔函数计算。基于该动态刚度矩阵,建立了有限元法与比例边界有限元法的耦合方程,分析了水平向激励下任意几何形状的半无限水库的瞬态响应。其中,半无限水库分解成用有限元离散的任意几何形状的近场域和用比例边界有限元法模拟的远场域即等横截面半无限水库。通过比较动态刚度矩阵和动态质量矩阵模拟等横截面半无限水库的计算效率,发现它们计算精度相同,但动态刚度矩阵效率更高。数值算例表明了所发展的动态刚度矩阵与其耦合方程的正确性。 展开更多
关键词 比例边界有限元法 动态刚度矩阵 有限元法 坝库系统 水平向地震激励 瞬态分析
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基于连分式与有限元法的坝库耦合瞬态分析方法 被引量:3
14
作者 李上明 吴连军 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2016年第4期9-16,共8页
为高效模拟地震激励下坝库耦合瞬态响应,建立了无限水库的连分式与有限元法的耦合公式。结合坝体有限元公式,利用坝库耦合项,发展了坝库耦合瞬态分析迭代算法。利用该算法分析了水平向地震激励下重力坝的瞬态响应。比较了基于连分式法... 为高效模拟地震激励下坝库耦合瞬态响应,建立了无限水库的连分式与有限元法的耦合公式。结合坝体有限元公式,利用坝库耦合项,发展了坝库耦合瞬态分析迭代算法。利用该算法分析了水平向地震激励下重力坝的瞬态响应。比较了基于连分式法、动态刚度矩阵法、动态质量矩阵法模拟坝库耦合问题的计算效率。数值算例表明该耦合算法模拟坝库耦合瞬态响应的正确性及高效性。该方法继承了比例边界有限元法的精度高、离散单元少等特点,又避免了其卷积积分,提升其计算效率,为坝库耦合瞬态响应提供了一种高效分析方法。 展开更多
关键词 有限元 连分式 无限水库 坝库耦合瞬态分析 比例边界有限元法
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