×

无界介质中动力和波动问题的人工边界条件与有限元耦合的时域稳定性。 (英语) Zbl 07072986号

摘要:无限介质中动力和波动问题的有限元建模需要人工边界条件来模拟截断的无限域。利用有理函数近似和辅助变量技术,将狄利克雷-诺依曼边界条件从频域转换为时域。这里将其推广到三维层问题。由此产生的人工边界条件在时域内是稳定的,而对于最近的基础振动和此处的波传播,发现了与有限元方法耦合的人工边界的时域不稳定性。给出了一种简单有效的方法,即在有限元法中引入阻尼与刚度矩阵成比例的概念,以完全消除这种耦合不稳定性。稳定阻尼很小,几乎不影响求解精度。数值算例表明了该方法的有效性。本文的时域稳定性研究可为其他人工边界条件提供参考。

MSC公司:

74-XX岁 可变形固体力学
65-XX岁 数值分析
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] Alpert,B.、Greengard,L.和Hagstrom,T.[2002]“含时波动方程的非反射边界条件”,J.Comput。物理180,270-296·Zbl 1002.65096号
[2] Bai,H.和Shah,A.H.[2011]“边界元法在圆柱体三维波散射中的应用”,国际计算杂志。方法8,57-76·Zbl 1270.74198号
[3] Basu,U.[2009],“瞬态三维弹性波的显式有限元完全匹配层”,国际期刊编号。方法。工程77,151-176·兹比尔1257.74146
[4] Bayliss,A.和Turkel,E.[1980]“类波方程的辐射边界条件”,Commun。纯应用程序。数学33,707-725·Zbl 0438.35043号
[5] Berenger,J.P.[1994]“电磁波吸收的完美匹配层”,J.Compute。物理114185-200·兹伯利0814.65129
[6] Cazzani,A.和Ruge,P.[2012]“强频率相关地基模型与时域结构有限元耦合的数值方面”,土壤动力学。接地。工程37,56-72。
[7] Chen,S.,Tang,G.,Liu,Q.和Ding,H.[2010]“三维土-结构动力相互作用的直接时域分析方法”,J.Earthq。Eng.Eng.Vib.30,24-31(中文)。
[8] Deeks,A.J.和Randolph,M.F.[1994]“轴对称时域传输边界”,《工程力学杂志》第120期,第25-42页。
[9] Du,X.L.和Zhao,M.[2010]“无界土壤频率响应函数合理近似的稳定性和识别”,Earthq。工程结构。第39165-186页。
[10] Duarte Laudon,A.、Kwon,O.和Ghaemaghami,A.R.[2015]“时域分析方法的稳定性,包括频率相关的地基系统”,Earthq。工程结构。D442737-2754。
[11] Engquist,B.和Majda,A.[1979]“声波和弹性波计算的辐射边界条件”,Commun。纯应用程序。数学32,313-357·Zbl 0387.76070号
[12] Ghandil,M.和Behnamfar,F.[2015]“软土上结构动力分析的近场方法,包括非弹性土-结构相互作用”,土壤动力学。接地。工程75,1-17。
[13] Givoli,D.[1999]“Dtn-Fe方法的最新进展”,Arch。计算。方法E671-116。
[14] Givoli,D.[2004]“高阶局部非反射边界条件:综述”,《波浪运动》39319-326·Zbl 1163.74356号
[15] Givoli,D.、Hagstrom,T.和Patlashenko,I.[2006]“含时波高阶吸收边界条件的有限元公式”,计算。方法应用。机械195,3666-3690·Zbl 1125.76040号
[16] Grote,M.J.[2000]“弹性动力学散射的非反射边界条件”,J.Compute。物理161、331-353·兹比尔0972.74076
[17] Grote,M.J.和Keller,J.B.[1995]“关于非反射边界条件”,J.Compute。《物理学》第122卷,第231-243页·Zbl 0841.65099号
[18] Grote,M.J.和Keller,J.B.[1996]“含时散射的非反射边界条件”,J.Compute。物理127、52-65·Zbl 0860.65080号
[19] Hall,W.S.和Oliveto,G.[2009]土壤-结构相互作用的边界元方法(施普林格,荷兰)。
[20] Higdon,R.L.[1987]“波动方程的数值吸收边界条件”,数学。计算49,65-90·Zbl 0654.65083号
[21] Huan,R.和Thompson,L.L.[2000]“无界区域上含时波动方程的精确辐射边界条件”,国际期刊数值。方法。工程47,1569-1603·Zbl 0965.65120号
[22] Keller,J.B.和Givoli,D.[1989]“精确非反射边界条件”,J.Compute。物理82,172-192·Zbl 0671.65094号
[23] Lathi,B.P.[2004]线性系统与信号,第2版(牛津大学出版社)·Zbl 0207.50001号
[24] Lesgidis,N.,Kwon,O.和Sextos,A.[2015]“通过使用频率相关集总参数模型对非弹性桥梁结构进行时域地震SSI分析的方法”,Earthq。工程结构。第44页,2137-2156页。
[25] Li,S.[2012]“等截面半无限水库的比例边界有限元法”,国际计算杂志。方法9,1240006·Zbl 1359.65280号
[26] 廖志平[1996]“外推非反射边界条件”,《波浪运动》24117-138·Zbl 0925.73132号
[27] Liu,X.,Wu,H.和Jiang,W.[2017]“基于分层矩阵和多极展开理论的声学问题边界元方法”,国际计算杂志。方法。(在线可用,1850009)。
[28] Lysmer,J.[1969]“无限介质的有限动力学模型”,J.Eng.Mech。第95部分,859-878。
[29] Lysmer,J.和Waas,G.[1972]《平面无限结构中的剪切波》,J.Eng.Mech。第98分册,第85-105分册。
[30] Mukherjee,S.和Liu,Y.[2013]“边界元法”,国际计算杂志。方法10135037·Zbl 1359.65281号
[31] Parramontesinos,G.J.[2006]“神户地震期间大开地铁站土-结构相互作用和结构倒塌评估”,ACI Struct。期刊103,113-122。
[32] Prempramote,S.、Song,C.M.、Tin-Loi,F.和Lin,G.[2009]“标量波动方程的高阶双渐近开放边界”,国际数值杂志。方法。工程师79340-374·Zbl 1171.74360号
[33] Ruge,P.、Trinks,C.和Witte,S.[2001]“使用混合变量公式对无界介质进行时域分析”,Earthq。工程结构。D30,899-925。
[34] Saouma,V.、Miura,F.、Lebon,G.和Yagome,Y.[2011]“辐射阻尼和自由场输入下土壤-结构相互作用的简化三维模型”,B.Earthq。工程9,1387-1402。
[35] Sofronov,I.L.[1998]“二维和三维外部时间相关散射问题的绝对透明人工边界条件”,《欧洲应用杂志》。数学9,561-588·Zbl 0926.35070号
[36] Song,C.M.和Wolf,J.P.[1997]“弹性动力学的缩放边界有限元法——别名一致无穷小有限元单元法”,计算。方法应用。机械147、329-355·Zbl 0897.73069号
[37] Sun,L.,Pan,Y.和Gu,W.[2013]“分层介质中粘弹性波传播的高阶薄层法”,计算。方法应用。机械257,65-76·Zbl 1286.74053号
[38] Thompson,L.L.和Huan,R.[1999]“含时波动方程精确非反射边界条件的有限元公式”,国际J·数值。方法工程451607-1630·Zbl 0981.76058号
[39] Thompson,L.L.,Huan,R.和He,D.[2001]“无界区域上二维波动方程的精确辐射边界条件”,计算。方法应用。机械191、311-351·Zbl 0998.65106号
[40] Turkel,E.和Yefet,A.[1998]“波动方程的吸收Pml边界层”,Appl。数字。数学27,533-557·Zbl 0933.35188号
[41] Von Estorff,O.和Quan,J.[2005]“动态土-结构相互作用中EFGM-FEM和EFGM-BEM的直接耦合”,《国际计算杂志》。方法2,627-644·邮编1092.74050
[42] Wolf,J.P.[1985]动态土壤结构相互作用(Englewood Cliffs,New Jersey)。
[43] Wolf,J.P.[1989]“时域中的土壤结构相互作用分析”,Nucl。工程设计111381-393。
[44] Wolf,J.P.[1991]“无界土壤的一致集总参数模型:物理表示”,Earthq。工程结构。D.20,11-32。
[45] Wolf,J.P.[2003]《比例边界有限元法》(John Wiley&Sons Ltd,West Sussex,England)。
[46] Wu,H.,Liu,Y.,Jiang,W.和Lu,W.[2015]“阻抗平面上三维半空间声波问题的快速多极边界元方法”,国际计算杂志。方法12,1113-1210·Zbl 1359.76203号
[47] Zhao,C.B.[2009]动态和瞬态无限元素:理论和地球物理、岩土工程和地球环境应用(Spinger,柏林)·Zbl 1180.86002号
[48] Zhao,C.B.和Liu,T.Y.[2002]“模拟二维半空间中标量波传播问题的无反射人工边界”,计算。方法应用。机械师1914569-4585·Zbl 1074.74032号
[49] Zhao,C.B.和Liu,T.Y.[2003]“二维无限均匀层中瞬态标量波传播的无反射人工边界”,国际数值杂志。方法。工程581435-1456·Zbl 1032.74574号
[50] Zhao,M.,Du,X.L.,Liu,J.B.和Liu,H.[2011]“二维无界波导中瞬态标量波的显式有限元人工边界格式”,国际期刊数值。方法。工程871074-1104·Zbl 1242.74179号
[51] Zhao,M.,Du,X.L.和Liu,J.B.[2012]“高精度人工边界条件:平面外波浪问题”,《工程力学》29,7-14。
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。