岩土力学 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (5): 1605-1619.doi: 10.16285/j.rsm.2024.0997CSTR: 32223.14.j.rsm.2024.0997
周鹏发1,申玉生1, 2,高登1,张熙1,黄海峰1,高波1
ZHOU Peng-fa1, SHEN Yu-sheng1, 2, GAO Deng1, ZHANG Xi1, HUANG Hai-feng1, GAO Bo1
摘要: 为解决岩土动力学分析中的外行波吸收问题,提出了一种基于中心差分法的显式混合有限元时域完美匹配层(perfectly matched layer,简称PML)。推导了适用于显式积分的二维及三维有限元半离散方程,并构建了二维应力-位移场混合单元Q4/4和三维应力-位移场混合单元HEX8/8进行空间离散,提出了一种适用于三阶动力方程的扩展中心差分法显式积分格式,并将其应用于求解三维时域完美匹配层方程。基于ABAQUS/Explicit进行了程序实现,开展数值试验分析了该人工边界在不同地层类型、波动类型、波动频率及边界厚度等条件下的吸收性能。结果表明:各计算工况下完美匹配层均能有条件的收敛;当完美匹配层厚度大于10层单元时,各工况截断模型响应与扩大模型响应的归一化均方根偏差均小于2%。所提出的积分格式及数值实现方案具有良好的稳定性和计算精度,不同地层条件下完美匹配层对不同类型及不同频率的外行波均表现出良好的吸收性能。研究成果在岩土动力学分析领域具有广泛的应用前景。
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