海洋地震工程流固耦合问题统一计算框架

论文摘要

海底地震动的模拟以及海洋工程结构的地震反应分析中,涉及到海水、饱和海床、弹性基岩、结构之间的相互耦合.传统的方法分别采用声波方程描述理想流体、Biot方程描述饱和海床、弹性波方程描述基岩和结构,分别考虑相互之间的耦合,十分不便.本文基于理想流体、固体分别为饱和多孔介质的特殊情形（孔隙率分别为1和0）,由饱和多孔介质的Biot方程可退化得到理想流体的声波方程和固体的弹性波方程.然后,以饱和多孔介质方程为基础,经集中质量有限元离散,考虑不同孔隙率的饱和多孔介质之间耦合的一般情形,建立了该耦合情形的求解方法.进一步论证了该一般情形的耦合计算方法可分别退化到流体与固体、流体与饱和多孔介质、固体与饱和多孔介质之间的耦合计算,从而将流体、固体、饱和多孔介质间的耦合问题纳入到统一计算框架,并编制了相应的三维并行分析程序.以P-SV波垂直入射时,半无限层状海水–饱和海床、海水–弹性基岩、海水–饱和海床–弹性基岩三种情形的动力分析为例,采用统一计算框架结合透射边界条件进行求解,并与传递矩阵方法得到的解进行对比,验证了该统一计算框架的有效性以及并行计算的可行性.

论文目录

• 引言
• 1 基本理论
•   1.1 一般饱和多孔介质情形
•   1.2 特殊情形
•     1.2.1 流体–饱和土情形
•     1.2.2 饱和土–干基岩情形
•     1.2.3 流体–干基岩情形
•   1.3 实施方法
• 2 算例验证
•   2.1 海水–干土情形
•   2.2 海水–饱和土情形
•   2.3 海水–饱和海床–基岩情形 （并行算例）
• 3 结论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 陈少林,柯小飞,张洪翔

关键词: 流固耦合,饱和多孔介质,海洋地震工程,集中质量显式有限元,透射边界,并行计算

来源: 力学学报 2019年02期

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学,地质学

单位: 南京航空航天大学土木工程系

基金: 国家自然科学基金资助项目(51178222,51278260)

分类号: P738.4

页码: 594-606

总页数: 13

文件大小: 2135K

下载量: 159