工程弹性：先进的有限元方法增强了地震影响评估

Josiah02 · 发表于 2024-7-18 07:59:51

　　设计大坝、隧道和路堤等结构以承受地震、高速列车和爆炸等源的瞬态载荷需要进行强大的动态土壤结构相互作用 (SSI) 分析。传统方法通常无法处理复杂的边界条件和动态响应。
　　对精确的SSI解决方案的需求日益增长，特别是考虑到局部土壤条件对地震运动特性的影响。由于这些挑战，有必要对先进的数值方法进行深入研究，以提高SSI分析的准确性和可靠性。
　　京都大学的研究人员在《国际机械系统动力学杂志》上介绍了一种基于速度的时空有限元程序。该研究于 2024 年 6 月 4 日发表，提出了一种截断无界土壤域并模拟地震活动期间能量流动的方法，为动态 SSI 分析带来了重大飞跃。
　　本研究引入了基于速度的时空有限元法 (v-ST/FEM) 来解决动态 SSI 问题。这种创新方法结合了基于 Lysmer-Kuhlemeyer 模型的粘性边界条件，有效地截断了无界土壤域以防止杂散反射。
　　v-ST/FEM 方法精确模拟地震输入运动作为数值模拟中的有效节点力矢量，确保能量从远场流向计算域。
　　研究人员通过将弹性半空间上混凝土重力坝的地震响应与使用 Newmark-β 方法的半离散有限元法 (FEM) 的结果进行比较，验证了这种方法的有效性。v-ST/FEM 方法在长时间地震运动模拟中表现出卓越的准确性和稳定性，使其成为未来 SSI 分析的可靠工具，并可提高对各种结构的抗震性能预测。
　　该研究的主要作者 Vikas Sharma 博士表示：“我们的 v-ST/FEM 方法为动态土壤结构相互作用问题提供了一种更准确、计算效率更高的方法。这一进步对于开发能够更好地抵御自然力量的基础设施至关重要，最终保障生命和财产安全。”
　　这项研究的应用意义深远，特别是对于地震带大坝和堤坝等土体结构的设计和评估。通过提供更准确的地震土壤放大预测，v-ST/FEM 有助于创建更安全、更具弹性的基础设施，从而有可能挽救生命并减少地震的经济影响。

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