復(fù)雜場(chǎng)地土層地震反應(yīng)分析的并行有限元方法.pdf

1、復(fù)雜場(chǎng)地的土層地震反應(yīng)分析對(duì)結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)計(jì)算及抗震安全性評(píng)價(jià)有重要意義。采用直接有限元法對(duì)土層進(jìn)行三維建模，可使系統(tǒng)的計(jì)算力學(xué)模型更加符合實(shí)際情況。但由此帶來(lái)的計(jì)算量之大，使得普通微機(jī)的硬件環(huán)境難以勝任。在此背景下，本文將并行有限元理論引入到土層地震反應(yīng)分析領(lǐng)域，主要完成了以下幾方面的工作： 1.探討了將約束子結(jié)構(gòu)模態(tài)綜合法引入到復(fù)雜場(chǎng)地地震反應(yīng)分析領(lǐng)域的可行性，建立了在一致輸入下基于約束子結(jié)構(gòu)模態(tài)綜合法的土層等效線性化分析的

2、計(jì)算框圖。在此基礎(chǔ)上，為提高計(jì)算效率，結(jié)合土層有限元模型自身的特點(diǎn)和約束子結(jié)構(gòu)本身的性質(zhì)，提出了幾種改進(jìn)措施。 2.結(jié)合數(shù)值試驗(yàn)，給出了行波輸入下沿地震波傳輸方向上的土層有限元網(wǎng)格劃分原則。推導(dǎo)了靜力子結(jié)構(gòu)方法計(jì)算擬靜力位移的步驟，通過(guò)實(shí)際算例驗(yàn)證了行波輸入下利用約束子結(jié)構(gòu)模態(tài)綜合法進(jìn)行復(fù)雜場(chǎng)地地震反應(yīng)分析的可行性。 3.利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法研究了地震波激勵(lì)作用下，土層阻尼系數(shù)轉(zhuǎn)換頻率與各主要影響因素之間復(fù)雜的非線性關(guān)系。通

3、過(guò)比較時(shí)域和頻域的計(jì)算結(jié)果，探討了在土層時(shí)域分析中，如何由滯后阻尼系數(shù)形成阻尼矩陣的問(wèn)題。利用實(shí)際地震波的分析結(jié)果，建立了阻尼系數(shù)轉(zhuǎn)換頻率的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型，為利用滯后阻尼系數(shù)在時(shí)域中進(jìn)行土層反應(yīng)分析創(chuàng)造了條件。 4.利用面向?qū)ο蠓椒ㄍ瓿闪舜谐绦虻木幹?，列出了程序中涉及到的一些主要類的接口。并結(jié)合幾個(gè)算例說(shuō)明了使用本文串行程序進(jìn)行有限元建模時(shí)在人工邊界的處理和單元類型的選擇方面應(yīng)該注意的一些問(wèn)題。 5.介紹了并行計(jì)

4、算系統(tǒng)的主要種類和相關(guān)特性以及構(gòu)建并行計(jì)算系統(tǒng)的硬件要求、系統(tǒng)軟件及編程環(huán)境，討論了在其上分布并行計(jì)算的一些概念和需要解決的問(wèn)題?；赪indows操作系統(tǒng)和MPI并行程序開(kāi)發(fā)環(huán)境，使用C++語(yǔ)言編寫了復(fù)雜場(chǎng)地地震反應(yīng)分析的并行有限元程序ParaSR3D，并在高性能計(jì)算機(jī)群上對(duì)該程序的并行性能進(jìn)行了評(píng)測(cè)。 6.對(duì)實(shí)際河谷地形進(jìn)行了等效線性化分析。計(jì)算結(jié)果表明，不同的行波速度和行波輸入方向?qū)Φ乇砑铀俣鹊姆逯岛拖辔挥胁煌潭鹊挠绊懀?/p>