山区场地地震动数值模拟方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51278245
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0810.工程防灾
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2016-12-31

项目摘要

Both the geological structures and the general ground configurations on the mountain region are extremely complicated, so huge computational efforts have been required when the characteristics of earthquake induced ground motion during a mountian site are reseached by using the technique of numerical simulation for wave motion. It is impossible to avoid the fact that the analysis procedure with high efficiency have to be developed in the same requirements of numerical stability and accuracy during analysis of ground motion on the complicated site such as the mountain area. Based on the research achievements of spectral element simulation technique for wave motion on near fields, a method which may be used for complicated sites and probably with high efficiency will be developed in this project. The objective of this research is to enhance the ability that the complicated problems with large scale are solved when the numerical simulation technique for the wave motion is utilized. First, the strategy of the spectral element simulation for the area irregularly in geometric features and the medium nonhomogeneously and noncontinuously in physical features is researched, and the influence of selection of base functions for the spectral decomposition is analyzed, then the spectral element used in mountain sites is constructed and the equations of motion of the system are established. Secondly, a numerical time- stepping procedure is developed for the solution of the equations governing the motion of a MDOF system subjected to earthquake induced ground acceleration on the basis of the differential quadrture (DQ) rule. The DQ analysis procedure is employed to analyze the seismic response of the discrete site system, and the distribution characteristics of the strong ground motion in the local site are studied simultaneously. Finally, a real mountain site receiving the records from a strong motion instrument array is selected for the earthquake ground motion analysis so that the spectral element procedure developed in this project is examined.
山区场地的地质和地形条件均十分复杂,采用波动数值模拟方法研究山区场地地震动特征需要完成大规模的计算任务,在保证数值精度和稳定性的基础上提高计算效率是发展山区等复杂场地地震动分析方法时无法回避的现实。本项目拟在申请人前期关于近场波动谱元模拟方法研究的基础上,发展一种能够适应山区场地复杂特征的地震动数值模拟高效率计算方法,旨在提高波动数值模拟技术解决大型复杂实际问题的能力。首先,针对山区场地几何不规则和介质不均匀、不连续的特征,研究谱元离散的合理方式和策略。详细分析在有限单元上采用不同基函数进行谱分解对单元特性的影响,构造能够合理模拟山区场地的谱单元模型,建立场地运动微分方程。然后,改进申请人前期提出的地震反应逐步微分积分分析方法,采用该方法完成对谱元方程的求解,并研究局部场地条件对地震动的影响。最后,通过对一个获得强震观测记录的山区场地地震动的分析检验本项目方法的正确性和解决实际问题的效果。

结项摘要

多次透射公式(MTF)是一种“普适性”的人工边界条件,表现为时空解耦的显式一维形式,具有精度可控、施加方便的优点,能够在保证数值精度的条件下稳定地实现对近场波动的数值模拟。但现有的MTF数值格式是在有限元模型的基础上建立起来的,在谱元模型中不能适用。本项目的目标就是探索MTF与谱元模型结合的方法及其有效的数值格式,高效地实现近场波动问题的谱元模拟。首先,对MTF的数学本质进行了研究,发现MTF可描述为人工边界节点位移的N阶误差(N为透射阶次)为零的结果,它在本质上可认为是一种时-空域内沿一条斜向直线方向的N阶单边差分公式,其代数精度为N-1阶,从而也就揭示出高阶MTF能够提高模拟精度的原因。涉及到的MTF计算点(时-空差分节点)以及各个节点前的系数都可以通过二项式原理确定,这为构造MTF数值格式提供了依据。这些发现与一直以来认为MTF为“多次透射”物理机制的传统认识有所不同。其次,将基于三点抛物线内插公式和齐次内插递推方案的传统MTF有限元格式拓展至M阶多项式内插公式,研究了各插值阶次相应的MTF有限元格式的精度和稳定性问题,给出了它们的时域稳定性条件。关于MTF失稳临界值的结论深化了对MTF机制和特性的认识,对于统一人工波速、透射阶次等MTF重要参数的合理选取具有指导意义。再次,将上述研究成果推广到谱元模型,基于谱单元不等距节点分布特征建立了一组基于M次多项式插值的MTF谱元格式,并对该格式下边界反射误差开展时域分析。大量数值试验证实,这套谱元模型结合MTF边界的数值模拟方法十分有效且对复杂波动问题具有较强的适用性。最后,对具有一致质量矩阵的谱元方程(切比雪夫谱元模型)的时域积分方法进行了研究,指出采用中心差分方法的合理性和高效性,在谱元模型中依然保持了MTF能够实现时空解耦的优点。而传统的有限元模型结合MTF的波动模拟方法是基于集中质量矩阵才实现显式计算的。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(4)
专利数量(0)
透射边界条件在波动谱元模拟中的实现:一维波动
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    力学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邢浩洁;李鸿晶
  • 通讯作者:
    李鸿晶
逆断层作用下埋地管线对周围土体的影响区域分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    防灾减灾工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    仲永涛;李鸿晶;李秀菊
  • 通讯作者:
    李秀菊
SH波入射下阶跃基岩覆盖土层场地地面运动特征分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    防灾减灾工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王加锐;李鸿晶;孙广俊
  • 通讯作者:
    孙广俊
一种平稳地震地面运动的改进金井清谱模型
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    工程力学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李鸿晶;陈辰
  • 通讯作者:
    陈辰
基于切比雪夫谱元模型的成层场地地震反应分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    岩土力学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邢浩洁;李鸿晶;杨笑梅
  • 通讯作者:
    杨笑梅

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其他文献

地震作用下混凝土梁桥连续倒塌过程分析
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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关于Newmark-β法机理的一种解释
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 通讯作者:
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穿越逆冲断层的埋地管道非线性反应分析
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    金浏;李鸿晶
  • 通讯作者:
    李鸿晶
混凝土梁桥地震倒塌失效机理
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    南京工业大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
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  • 作者:
    左烨;孙广俊;李鸿晶
  • 通讯作者:
    李鸿晶
结构地震反应DQ解法的两种数值格式
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    应用基础与工程科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李鸿晶;廖旭;王通
  • 通讯作者:
    王通

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李鸿晶的其他基金

结构动力问题的高阶精确时步群积分方法及其在大规模地震反应分析中的应用
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川滇藏地区宽频带强地面运动特性及韧性设防标准研究
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知道了

AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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