復(fù)雜場地土層地震反應(yīng)分析的并行有限元方法.pdf

1、復(fù)雜場地的土層地震反應(yīng)分析對結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)計算及抗震安全性評價有重要意義。采用直接有限元法對土層進行三維建模，可使系統(tǒng)的計算力學(xué)模型更加符合實際情況。但由此帶來的計算量之大，使得普通微機的硬件環(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、計算框圖。在此基礎(chǔ)上，為提高計算效率，結(jié)合土層有限元模型自身的特點和約束子結(jié)構(gòu)本身的性質(zhì)，提出了幾種改進措施。 2.結(jié)合數(shù)值試驗，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)方法計算擬靜力位移的步驟，通過實際算例驗證了行波輸入下利用約束子結(jié)構(gòu)模態(tài)綜合法進行復(fù)雜場地地震反應(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、過比較時域和頻域的計算結(jié)果，探討了在土層時域分析中，如何由滯后阻尼系數(shù)形成阻尼矩陣的問題。利用實際地震波的分析結(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)測模型，為利用滯后阻尼系數(shù)在時域中進行土層反應(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)合幾個算例說明了使用本文串行程序進行有限元建模時在人工邊界的處理和單元類型的選擇方面應(yīng)該注意的一些問題。 5.介紹了并行計

4、算系統(tǒng)的主要種類和相關(guān)特性以及構(gòu)建并行計算系統(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算的一些概念和需要解決的問題?；赪indows操作系統(tǒng)和MPI并行程序開發(fā)環(huán)境，使用C++語言編寫了復(fù)雜場地地震反應(yīng)分析的并行有限元程序ParaSR3D，并在高性能計算機群上對該程序的并行性能進行了評測。 6.對實際河谷地形進行了等效線性化分析。計算結(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>