岩土介质水-动力耦合的多时间尺度数值计算方法研究

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本论文提出了一种用于分析饱和岩土介质动力问题的显示、无条件稳定的有限元数值方案。该数值方案将精细时程积分方法引入到有限元方法的时间域离散求解中,实现了对饱和岩土介质-动力控制方程的时间域精细求解。在空间域的离散中,本论文采用的是标准的有限元空间离散方法。通过对关键指数矩阵的谱半径分析,我们得出了本文提出的有限元方案是无条件稳定的数值方案的结论。通过对本论文数值方案的误差分析,我们得出该方案的数值结果稳定收敛于精确解,且数值方案在多时间尺度下表现出计算结果高精度。在本论文中应用了多个数值模型对提出的DPTSIM数值计算方案进行验证,其中包括一维模型,二维平面应变模型,半无限空间模型,海床模型和海底开挖航道边坡模型。在这些模型计算中,我们将提出的DPTSIM数值方案计算结果分别于解析解和Newamrk数值方案的计算结果作对比,得出DPTSIM数值方案能够精确地给出数值计算结果,并且相比于Newamrk数值方案表现出对大的计算时间步长的良好适应性。
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