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移动荷载下地基动力分析的有限元方法
| 论文题名： | 移动荷载下地基动力分析的有限元方法 |
| 关键词： | 移动荷载;高速铁路;有限元;动力响应;地基;位移;应力变化 |
| 摘要： | 移动荷载作用下地基的动力响应一直是工程界和学术界都亟待解决的一个问题。近年来我国铁路大提速，各地也在积极修建高速城际铁路，列车运行速度将越来越快。我国即将建造高速铁路的地区存在着大量软土地基(表面波的传播速度较小)，高速列车的车速有可能接近这些地基的表面波速，当荷载的移动速度小于土的剪切波速度的0.4倍时，地基中产生的应力与静力荷载作用下产生的应力相差不大，但当荷载的移动速度增大到地基的剪切波速度的0.8倍时，地基的位移和应力将是静力值的2-3倍，极有可能对铁路沿线的建筑物造成结构上的破坏。显然，高速列车对其周围环境的影响将更突出。 本论文研究的是移动简谐荷载作用下地基的动力响应问题，通过加权残数法应用拟静力有限元分析，将地基的动力问题转换为拟静力的情况，综合考虑列车频率和地层分布对动力响应的影响，更符合实际情况，在国内外研究中，对此问题的研究较少；而且此研究课题易于退化到前人研究的各种情况，综合性较强，因而具有很强的工程意义和理论意义。本文完成的主要工作如下： 1．从三维弹性动力学基本方程出发，通过加权残数法把具有动力性质的速度项加到有限元方程中去，并根据荷载以匀速运动推导，将有限元中的质量矩阵和阻尼矩阵通过变换加到刚度矩阵上，从而实现从有限元动力方程到‘拟静力’有限元方法的转化，应用‘拟静力’有限元方法计算地基各点的位移与应力变化。 2．结合边界条件，分别计算各种移动荷载下单层地基的位移和应力，对于层状地基问题，应用相同的方法求解其位移与应力； 3．研究了不同的地基条件、速度、列车频率等对应力和位移的影响，并与前人研究的解析解进行了比较，证明了该计算方法的准确性与可信性。结果显示地基的位移和应力随荷载移动速度的增加而明显变化，层状地基在移动荷载下的动力响应与单层地基的动力响应有近似相同的变化特性。 |
| 作者： | 丁凯 |
| 专业： | 固体力学 |
| 导师： | 金波 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 同济大学航空航天与力学学院 |
| 学位年度： | 2007 |
| 正文语种： | 中文 |
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