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结构-波浪-海床动力相互作用系统的数值模拟

作　者: 唐云
导　师: 刘海笑
学　校: 天津大学
专　业: 港口、海岸及近海工程
关键词: 结构－波浪－海床耦合系统接触面土动力等效线性模型等效线性化算法 MSC.Marc
分类号: U656.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
下　载: 297次
引　用: 8次
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内容摘要

在港口及近海工程领域，结构—波浪—海床耦合系统常见于码头、防波堤以及桶形基础平台等结构，这类结构通过深嵌于海床并主要依靠地基的嵌固作用，在风、流、冰等环境条件特别是在随机波浪的持续和长期作用下保持稳定。对于这类系统的稳定性研究以及其失稳破坏机理的探究，一直是工程界悬而未决的课题，也是结构—波浪—海床相互作用数值仿真分析中极具挑战性的研究。接触面是结构—波浪—海床耦合系统中实际存在的一种构造，由于在波浪作用下结构与海床之间通过接触面传递能量，因此在该耦合系统相互作用的数值仿真分析中，接触面问题无疑是一项重要的研究内容。在岩土工程领域的数值分析中，一般引入接触面单元对接触面问题进行处理，常见的有Goodman单元、Desai单元等。此类方法对接触问题的处理都有一定的限制，且在数值方法的实现上相对较为困难。为考察耦合系统中接触面对结构变形的影响，本文首先比照在随机波浪水槽中进行的大圆筒防波堤模型实验，建立了这一结构－波浪－海床耦合系统的有限元计算模型，采用D-P模型对其进行了静力计算并利用Marc软件提供的直接追踪物体的运动轨迹、探测接触的方法成功实现了对耦合系统中的接触面的处理，并取得了良好的效果。通过对耦合系统的静力分析发现即便考虑了接触面效应也不能阐明结构的失稳破坏原因，这是由于地基土在周期动荷载作用下体现出非线性变形、强度软化以及塑性变形累积等特性，因此非常有必要采用土的动本构模型对耦合系统进行动力分析。为此本文利用Marc良好的开放性用户子程序接口，通过二次开发将土动力学中广泛应用的等效线性模型和等效线性化算法引入Marc中，首次实现了土的动本构模型与大型通用有限元软件的结合，对耦合系统进行了动力计算且与静力计算结果进行了对比分析，并对动力计算中的接触面效应进一步进行了考察。本文的计算结果为此类结构系统的动力失稳研究奠定了基础。

全文目录

第一章绪论  6-14
  1.1 概述  6
  1.2 国内外研究现状  6-12
  1.3 本文的主要工作  12-14
第二章结构－波浪－海床耦合系统静力分析及接触面效应考察  14-31
  2.1 概述  14-15
  2.2 Marc对接触问题的处理  15-20
  2.3 耦合系统有限元分析模型的建立及结果分析  20-30
  2.4 结论  30-31
第三章结构－波浪－海床耦合系统动力分析及接触面效应考察  31-53
  3.1 概述  31-32
  3.2 等效线性模型及等效线性化算法简介  32-36
  3.3 等效线性模型及等效线性化算法在Marc中的二次开发  36-38
  3.4 Marc软件中平面应变条件下弹性矩阵的推导  38-39
  3.5 Marc动力分析理论及方法  39-42
  3.6 算例1  42-49
  3.7 算例2  49-52
  3.8 结论  52-53
第四章等效线性模型中塑性变形累积专题  53-60
  4.1 概述  53-54
  4.2 国内外研究现状  54-60
第五章结论及展望  60-63
  5.1 结论  60-61
  5.2 展望  61-63
参考文献  63-68
致谢  68

结构-波浪-海床动力相互作用系统的数值模拟

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