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采用粘弹性人工边界单元时显式算法稳定性分析
被引量：
19
1
作者
李述涛
刘晶波
+4 位作者
宝鑫
陶西贵
陈一村
肖兰
贾艺凡
《工程力学》
EI
CSCD
北大核心
2020年第11期1-11,46,共12页
在土-结构地震反应或近场地震波动问题的分析中,常采用粘弹性人工边界单元将无限域问题转化为近场有限域问题进行计算。由于粘弹性人工边界单元的材料参数和单元尺寸与内部介质单元不同,采用显式时域逐步积分算法时,人工边界区与内部系...
在土-结构地震反应或近场地震波动问题的分析中,常采用粘弹性人工边界单元将无限域问题转化为近场有限域问题进行计算。由于粘弹性人工边界单元的材料参数和单元尺寸与内部介质单元不同,采用显式时域逐步积分算法时,人工边界区与内部系统的数值稳定条件存在差异,但目前尚未有针对性的分析方法和研究成果,影响了显式数值稳定条件的确定和稳定积分时间步长的正确选取。针对二维粘弹性人工边界单元,该文提出一种分析显式时域逐步积分算法稳定性的方法:建立可代表人工边界区域特征的,包含人工边界单元的若干局部子系统,对各子系统的传递矩阵进行分析,给出采用显式时域逐步积分算法时各子系统的稳定条件解析解。通过对各子系统的稳定条件进行对比分析,获得了采用粘弹性人工边界单元时,显式时域逐步积分算法的统一稳定性条件。当内部介质区也满足该稳定条件时,这一条件成为使整体系统数值计算稳定的充分条件,可用于指导数值分析中离散时间步长的选取。
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关键词
显
式
时域
逐步
积分
粘弹性人工边界单元
数值稳定性
传递矩阵
谱半径
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职称材料
采用黏弹性人工边界时显式算法稳定性条件
被引量：
5
2
作者
刘晶波
宝鑫
+1 位作者
李述涛
王菲
《爆炸与冲击》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022年第3期121-134,共14页
黏弹性人工边界是处理无限域波动问题常用的数值模拟方法。采用显式时域逐步积分算法进行计算时,受黏弹性人工边界的阻尼、刚度等影响,人工边界区的稳定性比内部计算域的更严格,尚无明确、实用的稳定性判别准则,这限制了黏弹性人工边界...
黏弹性人工边界是处理无限域波动问题常用的数值模拟方法。采用显式时域逐步积分算法进行计算时,受黏弹性人工边界的阻尼、刚度等影响,人工边界区的稳定性比内部计算域的更严格,尚无明确、实用的稳定性判别准则,这限制了黏弹性人工边界在显式动力分析中的应用。针对二维黏弹性人工边界,利用基于局部子系统的稳定性分析方法和基于传递矩阵谱半径的稳定性判别准则,给出了可代表整体模型局部特征的不同边界子系统的稳定性条件解析解。通过对比分析不同计算区域的稳定性条件及其影响因素,证明了整体模型的稳定性由角点子系统控制。在此基础上,获得了含黏弹性人工边界的整体模型在显示动力计算中的统一稳定性判别准则和简化实用计算方法。在实际应用中,令积分时间步长满足稳定性条件,即可顺利完成整体模型的动力计算。以上研究可为将黏弹性人工边界应用于显式动力计算时积分时间步长的合理选取提供参考。
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关键词
显
式
时域
逐步
积分
黏弹性人工边界
数值稳定性
局部子系统
传递矩阵
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职称材料
采用黏弹性人工边界单元时显式算法稳定性的改善研究
被引量：
5
3
作者
李述涛
刘晶波
宝鑫
《力学学报》
EI
CSCD
北大核心
2020年第6期1838-1849,共12页
黏弹性人工边界单元是目前常用的处理半无限空间波动问题的数值模拟方法,可有效吸收计算区域内产生的外行波动.黏弹性人工边界单元具有与内部介质不同的质量密度、刚度和阻尼,受其影响,对整体模型进行显式时域逐步积分时,在边界区域易...
黏弹性人工边界单元是目前常用的处理半无限空间波动问题的数值模拟方法,可有效吸收计算区域内产生的外行波动.黏弹性人工边界单元具有与内部介质不同的质量密度、刚度和阻尼,受其影响,对整体模型进行显式时域逐步积分时,在边界区域易发生失稳现象,影响整体系统显式积分的计算效率.针对该问题目前尚无行之有效的解决方法.本文针对二维黏弹性人工边界单元,建立可代表整体系统典型特征的侧边子系统和角点子系统,利用传递矩阵谱半径分析方法,基于传统中心差分格式,推导得到局部子系统稳定性条件的解析解.在此基础上通过研究解析解中各物理参数对稳定性条件的影响,给出通过增加人工边界单元的质量密度,以改善采用黏弹性人工边界单元时显式算法稳定性的方法.均匀和成层半空间波动问题算例分析表明,将内部单元质量密度设置为人工边界单元质量密度的上限,可以在保证黏弹性人工边界计算精度的前提下,有效改善整体系统显式时域逐步积分的数值稳定性,大幅提高计算效率.
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关键词
显
式
时域
逐步
积分
黏弹性人工边界单元
数值稳定性改善
传递矩阵
谱半径
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职称材料
采用粘弹性人工边界时显式算法稳定性的改善研究
被引量：
4
4
作者
刘晶波
宝鑫
+2 位作者
李述涛
王菲
王栋
《工程力学》
EI
CSCD
北大核心
2023年第5期20-31,共12页
在显式动力计算中引入粘弹性人工边界时,受人工边界刚度和阻尼等因素影响,整体模型的数值积分稳定性将变得更为严格,这在一定程度上限制了粘弹性人工边界在大规模显式动力计算中的应用。该文基于对采用粘弹性人工边界的显式时域逐步积...
在显式动力计算中引入粘弹性人工边界时,受人工边界刚度和阻尼等因素影响,整体模型的数值积分稳定性将变得更为严格,这在一定程度上限制了粘弹性人工边界在大规模显式动力计算中的应用。该文基于对采用粘弹性人工边界的显式时域逐步积分算法稳定性条件的分析及其影响因素的研究,提出通过对人工边界附加集中质量来改善其数值积分稳定性的方法,发展了稳定性更优的改进粘弹性人工边界。为确定合理的人工边界质量值,利用基于局部子系统的稳定性分析方法推导得到改进粘弹性人工边界的稳定性条件,通过比较分析给出人工边界质量参数的建议值。采用该建议值后,粘弹性人工边界区的数值积分稳定性条件优于内部计算域的稳定性条件,整体计算模型的稳定性由内部计算域控制,此时可以用常规的稳定性判别准则来确定临界时间积分步长。数值算例表明,该文提出的粘弹性人工边界数值积分稳定性改善方法在提高计算效率的同时保持原人工边界的计算精度,具有较强的实用性。
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关键词
粘弹性人工边界
显
式
时域
逐步
积分
算法
稳定性改善
局部边界子系统
稳定性判别
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职称材料
题名
采用粘弹性人工边界单元时显式算法稳定性分析
被引量：
19
1
作者
李述涛
刘晶波
宝鑫
陶西贵
陈一村
肖兰
贾艺凡
机构
清华大学土木工程系
军事科学院国防工程研究院
出处
《工程力学》
EI
CSCD
北大核心
2020年第11期1-11,46,共12页
基金
国家重点研发计划项目(2018YFC1504305)
国家自然科学基金项目(51878384,U1839201)
+1 种基金
博士后创新人才支持计划项目(BX20200192)
清华大学“水木学者”计划项目(2020SM005)。
文摘
在土-结构地震反应或近场地震波动问题的分析中,常采用粘弹性人工边界单元将无限域问题转化为近场有限域问题进行计算。由于粘弹性人工边界单元的材料参数和单元尺寸与内部介质单元不同,采用显式时域逐步积分算法时,人工边界区与内部系统的数值稳定条件存在差异,但目前尚未有针对性的分析方法和研究成果,影响了显式数值稳定条件的确定和稳定积分时间步长的正确选取。针对二维粘弹性人工边界单元,该文提出一种分析显式时域逐步积分算法稳定性的方法:建立可代表人工边界区域特征的,包含人工边界单元的若干局部子系统,对各子系统的传递矩阵进行分析,给出采用显式时域逐步积分算法时各子系统的稳定条件解析解。通过对各子系统的稳定条件进行对比分析,获得了采用粘弹性人工边界单元时,显式时域逐步积分算法的统一稳定性条件。当内部介质区也满足该稳定条件时,这一条件成为使整体系统数值计算稳定的充分条件,可用于指导数值分析中离散时间步长的选取。
关键词
显
式
时域
逐步
积分
粘弹性人工边界单元
数值稳定性
传递矩阵
谱半径
Keywords
explicit time domain integration
visco-elastic artificial boundary element
numerical stability
transfer matrix
spectral radius
分类号
TU311 [建筑科学—结构工程]
P315.9 [天文地球—地震学]
下载PDF
职称材料
题名
采用黏弹性人工边界时显式算法稳定性条件
被引量：
5
2
作者
刘晶波
宝鑫
李述涛
王菲
机构
清华大学土木工程系
军事科学院国防工程研究院
陆军工程大学国防工程学院
出处
《爆炸与冲击》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022年第3期121-134,共14页
基金
国家自然科学基金(U1839201,51878384)
国家重点研发计划(2018YFC1504305)
+2 种基金
中国博士后科学基金(2020M680575)
博士后创新人才支持计划(BX20200192)
清华大学“水木学者”计划(2020SM005)。
文摘
黏弹性人工边界是处理无限域波动问题常用的数值模拟方法。采用显式时域逐步积分算法进行计算时,受黏弹性人工边界的阻尼、刚度等影响,人工边界区的稳定性比内部计算域的更严格,尚无明确、实用的稳定性判别准则,这限制了黏弹性人工边界在显式动力分析中的应用。针对二维黏弹性人工边界,利用基于局部子系统的稳定性分析方法和基于传递矩阵谱半径的稳定性判别准则,给出了可代表整体模型局部特征的不同边界子系统的稳定性条件解析解。通过对比分析不同计算区域的稳定性条件及其影响因素,证明了整体模型的稳定性由角点子系统控制。在此基础上,获得了含黏弹性人工边界的整体模型在显示动力计算中的统一稳定性判别准则和简化实用计算方法。在实际应用中,令积分时间步长满足稳定性条件,即可顺利完成整体模型的动力计算。以上研究可为将黏弹性人工边界应用于显式动力计算时积分时间步长的合理选取提供参考。
关键词
显
式
时域
逐步
积分
黏弹性人工边界
数值稳定性
局部子系统
传递矩阵
Keywords
explicit time domain integration
viscoelastic artificial boundary
numerical stability
local subsystem
transfer matrix
分类号
O345 [理学—固体力学]
TU311 [理学—力学]
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职称材料
题名
采用黏弹性人工边界单元时显式算法稳定性的改善研究
被引量：
5
3
作者
李述涛
刘晶波
宝鑫
机构
清华大学土木工程系
军事科学院国防工程研究院
出处
《力学学报》
EI
CSCD
北大核心
2020年第6期1838-1849,共12页
基金
国家自然科学基金(51878384,U1839201)
国家重点研发计划(2018YFC1504305)
+1 种基金
博士后创新人才支持计划(BX20200192)
清华大学“水木学者”计划(2020SM005)资助项目。
文摘
黏弹性人工边界单元是目前常用的处理半无限空间波动问题的数值模拟方法,可有效吸收计算区域内产生的外行波动.黏弹性人工边界单元具有与内部介质不同的质量密度、刚度和阻尼,受其影响,对整体模型进行显式时域逐步积分时,在边界区域易发生失稳现象,影响整体系统显式积分的计算效率.针对该问题目前尚无行之有效的解决方法.本文针对二维黏弹性人工边界单元,建立可代表整体系统典型特征的侧边子系统和角点子系统,利用传递矩阵谱半径分析方法,基于传统中心差分格式,推导得到局部子系统稳定性条件的解析解.在此基础上通过研究解析解中各物理参数对稳定性条件的影响,给出通过增加人工边界单元的质量密度,以改善采用黏弹性人工边界单元时显式算法稳定性的方法.均匀和成层半空间波动问题算例分析表明,将内部单元质量密度设置为人工边界单元质量密度的上限,可以在保证黏弹性人工边界计算精度的前提下,有效改善整体系统显式时域逐步积分的数值稳定性,大幅提高计算效率.
关键词
显
式
时域
逐步
积分
黏弹性人工边界单元
数值稳定性改善
传递矩阵
谱半径
Keywords
explicit time domain integration
viscoelastic artificial boundary element
improvement of numerical stability
transfer matrix
spectral radius
分类号
TU311 [建筑科学—结构工程]
P315.9 [天文地球—地震学]
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职称材料
题名
采用粘弹性人工边界时显式算法稳定性的改善研究
被引量：
4
4
作者
刘晶波
宝鑫
李述涛
王菲
王栋
机构
清华大学土木工程系
军事科学院国防工程研究院
陆军工程大学国防工程学院
出处
《工程力学》
EI
CSCD
北大核心
2023年第5期20-31,共12页
基金
国家自然科学基金项目(52108458,U1839201)
博士后创新人才支持计划项目(BX20200192)
+1 种基金
中国博士后科学基金项目(2020M680575)
清华大学“水木学者”计划项目(2020SM005)。
文摘
在显式动力计算中引入粘弹性人工边界时,受人工边界刚度和阻尼等因素影响,整体模型的数值积分稳定性将变得更为严格,这在一定程度上限制了粘弹性人工边界在大规模显式动力计算中的应用。该文基于对采用粘弹性人工边界的显式时域逐步积分算法稳定性条件的分析及其影响因素的研究,提出通过对人工边界附加集中质量来改善其数值积分稳定性的方法,发展了稳定性更优的改进粘弹性人工边界。为确定合理的人工边界质量值,利用基于局部子系统的稳定性分析方法推导得到改进粘弹性人工边界的稳定性条件,通过比较分析给出人工边界质量参数的建议值。采用该建议值后,粘弹性人工边界区的数值积分稳定性条件优于内部计算域的稳定性条件,整体计算模型的稳定性由内部计算域控制,此时可以用常规的稳定性判别准则来确定临界时间积分步长。数值算例表明,该文提出的粘弹性人工边界数值积分稳定性改善方法在提高计算效率的同时保持原人工边界的计算精度,具有较强的实用性。
关键词
粘弹性人工边界
显
式
时域
逐步
积分
算法
稳定性改善
局部边界子系统
稳定性判别
Keywords
viscoelastic artificial boundary
explicit time-domain stepwise integration algorithm
stability improvement
local boundary subsystem
stability criterion
分类号
TU311 [建筑科学—结构工程]
P315.9 [天文地球—地震学]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
采用粘弹性人工边界单元时显式算法稳定性分析
李述涛
刘晶波
宝鑫
陶西贵
陈一村
肖兰
贾艺凡
《工程力学》
EI
CSCD
北大核心
2020
19
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职称材料
2
采用黏弹性人工边界时显式算法稳定性条件
刘晶波
宝鑫
李述涛
王菲
《爆炸与冲击》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022
5
下载PDF
职称材料
3
采用黏弹性人工边界单元时显式算法稳定性的改善研究
李述涛
刘晶波
宝鑫
《力学学报》
EI
CSCD
北大核心
2020
5
下载PDF
职称材料
4
采用粘弹性人工边界时显式算法稳定性的改善研究
刘晶波
宝鑫
李述涛
王菲
王栋
《工程力学》
EI
CSCD
北大核心
2023
4
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职称材料
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