[发明专利]基于扩展有限元法的坝-基系统地震响应及破坏分析方法

说明书

基于扩展有限元法的坝‑基系统地震响应及破坏分析方法，包括以下步骤：步骤一：建立坝‑基系统实体模型，确定各区域的材料信息并赋予相应的材料属性，采用标准有限元法的网格生成算法划分单元网格；步骤二：引入位移逼近模式和压力逼近模式，基于初始裂纹信息更新单元类型信息和节点附加自由度信息；步骤三：定义满足位移逼近模式和压力逼近模式的试函数，构造控制方程弱形式，离散化处理得到基于扩展有限元的控制方程组；步骤四：构造饱和多孔介质粘弹性人工边界，完成人工边界地震动载荷输入；步骤五：得到每个载荷步下坝‑基系统状态；步骤六：对时域内每个载荷步进行坝‑基系统地震响应及破坏分析，追踪坝体裂纹演化过程。

技术领域

本发明涉及结构动力学数值模拟技术领域，具体涉及一种基于扩展有限元法的坝-基系统地震响应及破坏分析方法。

背景技术

诸如大坝等大型工程建筑物的抗震安全性能是设计、施工、运维等各方最为关注的要素之一，建筑物在地震作用下的响应分析及破坏分析是不可或缺的重要环节。建筑物的地震动态响应及破坏分析涉及多个学科分支，如材料力学、结构动力学、断裂损伤力学等，而数值方法也是当前不可或缺的分析工具，常用的数值方法有有限单元法、离散元法、扩展有限元法等。

目前诸多学者已经开展了关于坝-基系统的地震动态响应分析与破坏分析的研究，包括室内试验和相关的数值模型研究，得出了许多有价值的结论。但是这些研究通常是将响应分析和破坏分析分别考虑，缺乏从动载荷引起结构响应至破坏的全过程性分析，并且几乎很少涉及考虑坝-基系统材料的流固两相动态响应分析，其中主要的难点在于当前两相介质动力理论研究的复杂性，以及结构动态断裂问题分析及动态裂纹追踪模拟的局限性。

发明内容

本发明的目的是为了充分发挥扩展有限元法处理断裂问题时不连续界面独立于网格的特性，而提出的一种基于扩展有限元法的坝-基系统地震响应及破坏分析方法。

基于扩展有限元法的坝-基系统地震响应及破坏分析方法，它包括以下步骤：

步骤一：建立坝-基系统实体模型，确定各区域的材料信息并赋予相应的材料属性，采用标准有限元法的网格生成算法划分单元网格；

步骤二：引入位移逼近模式和压力逼近模式，基于初始裂纹信息更新单元类型信息和节点附加自由度信息；

步骤三：定义满足位移逼近模式和压力逼近模式的试函数，构造控制方程弱形式，离散化处理得到基于扩展有限元的控制方程组；

步骤四：构造饱和多孔介质粘弹性人工边界，完成人工边界地震动载荷输入；

步骤五：进行时域积分计算，得到每个载荷步下坝-基系统状态；

步骤六：对时域内每个载荷步进行坝-基系统地震响应及破坏分析，追踪坝体裂纹演化过程。

在步骤二中，具体包括以下步骤：

1：引入间断函数和裂尖附加函数构造结点位移逼近模式，引入水压附加加强函数构造结点压力逼近模式；

2：基于初始裂纹信息，确定所有单元类型和节点类型，其中单元类型包含常规单元、贯穿单元、裂尖单元三种，结点类型包含常规结点、间断加强结点、裂尖奇异加强结点三种。

在步骤1中，构造的结点位移逼近模式和结点压力逼近模式如下：