LS-DYNA程序的二次开发及其在隔震结构中的应用

摘要

结构一地基动力相互作用问题是地震工程领域中一个重要的研究课题，同时，近几十年来，基础隔震技术也逐渐被重视，并且得到了广泛的应用。但是在传统的理论分析中，对于基础隔震结构往往忽视土一结动力相互作用对隔震效果的影响。本文针对这一问题，采用大型通用有限元分析软件LS-DYNA对一叠层橡胶垫隔震框架结构在考虑土一结构相互作用下的动力响应进行了计算和分析，得到了一些有益的结果。 具体工作如下： 1．对土-结构动力相互作用的发展历史，计算方法及基础隔震技术在国内外的发展情况进行了简要地概括总结，提出了存在的问题和本文重点研究工作。 2．LS-DYNA软件采用粘性边界(Viscous Boundary)模拟无限域的影响，由于粘性边界是一种精度较低的人工边界，本文在总结粘一弹性人工边界条件的基础上，对LS-DYNA进行了二次开发，通过在LS-DYNA中粘性人工边界上添加弹簧的方法，将粘性边界改进为精度较高的粘-弹性人工边界，从而提高了计算精度，使之可以进行土-结构动力相互作用分析。并通过半空间和全空间的波源、散射问题算例对改进后程序的精度进行了验证。 3．以云南省抗震中心综合楼为例，分别建立固定基础的隔震、非隔震模型和考虑土-结构相互作用的隔震、非隔震模型，采用二次开发后的程序对这栋7层框架基础隔震体系进行了结构动力分析，比较了固定基础的隔震与非隔震结构动力响应以及土-结构动力相互作用对隔震结构和非隔震结构的影响。 最后，对全文的研究工作进行了总结，并讨论了今后进一步需要的研究工作。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1土-结构动力相互作用问题简述

1.1.1土-结构动力相互作用发展历史

1.1.2土-结构动力相互作用问题的分析方法

1.2基础隔震技术的研究现状和应用

1.2.1基础隔震技术在国外的发展情况

1.2.2基础隔震技术在国内的发展情况

1.2.3铅芯叠层橡胶隔震支座简介

1.3课题的选题背景及研究目的和意义

1.4本文组织

第二章LS-DYNA程序简介

2.1引言

2.2 LS-DYNA程序算法基础

2.2.1控制方程和空间有限元离散化

2.2.2单元计算的单点高斯积分和沙漏控制

2.2.3时间积分和时长控制

2.3 LS-DYNA程序使用方法

第三章LS-DYNA程序的应用

3.1引言

3.2人工边界

3.3 LS-DYNA在波源问题中的应用

3.3.1均匀弹性半平面的SV型波源问题算例

3.3.2三维全空间波源问题算例

3.4 LS-DYNA在散射问题中的应用

3.4.1散射问题中的输入技术

3.4.2三维散射问题算例

3.5本章小结

第四章LS-DYNA程序的二次开发和验证

4.1引言

4.2粘弹性人工边界

4.2.1二维粘弹性人工边界条件

4.2.2三维粘弹性人工边界条件

4.2.3粘弹性人工边界条件总结

4.3改进的粘弹性人工边界条件数值算例

4.3.1半空间的表面源问题

4.3.2全空间内源问题

4.3.3半空间散射问题

4.4本章小结

第五章利用二次开发后的LS-DYNA进行结构动力分析

5.1引言

5.2工程简介

5.3计算分析

5.3.1结构体系的模型建立

5.3.2隔震垫的非线性模拟

5.3.3地震动的输入

5.4结构计算结果比较分析

5.4.1隔震与非隔震结构的地震响应比较

5.4.2土-结动力相互作用对非隔震结构的影响

5.4.3土-结动力相互作用对隔震结构的影响

5.5本章小结

第六章结语

6.1已做工作总结

6.2今后工作展望

参考文献

致谢

作者简介、攻读硕士学位期间主要参与的课题及发表的论文