[發明專利]一種大規模建筑結構的完全顯式的動力時程分析方法

有效

• 申請號: 201811356374.1
• 申請日: 2018-11-15
• 公開（公告）號: CN109460622B
• 公開（公告）日: 2023-03-07
• 發明（設計）人: 徐俊杰;蔣凱峰
• 申請（專利權）人: 中國地震局工程力學研究所
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 杭州敦和專利代理事務所(普通合伙) 33296
• 代理人: 姜術丹

1.一種大規模建筑結構的完全顯式的動力時程分析方法，其特征在于，步驟如下：

第一步，對大規模建筑結構進行空間有限元離散，建立大規模建筑結構的有限元模型離散系統，梁柱均采用伯努利歐拉梁單元，并采用Rayleigh阻尼建立單元阻尼矩陣，由單元剛度矩陣、單元質量矩陣和單元阻尼矩陣集成整體剛度矩陣K、整體質量矩陣M和整體阻尼矩陣C，并由Hamilton原理導出離散系統的運動方程組，其中F為右端項：

第二步，根據體系最短周期，選取分析步長；計算建筑結構有限元模型的最短周期，記為T_min；選取時間步長Δt＜0.45T_min，令Δt＝0.4T_min；

第三步，逐時間步計算，對于第i個時間步，已知t_i-1時刻的位移u_i-1和速度v_i-1，由下式計算第i個時間步上t_i時刻的位移u_i、速度v_i；

其中，P_i的表達式為

第四步，對t_i時刻的位移u_i和速度v_i進行修正，獲得具有高階精度的位移速度并計算加速度

e_i＝M^-1(P₁-H₁₁u_i-1-H₁₂u_i-H₁₃v_i-1-H₁₄v_i)Δt

其中系數矩陣H_ij的表達式為

2.根據權利要求1所述的大規模建筑結構的完全顯式的動力時程分析方法，其特征在于，所述的第一步當中，單元剛度矩陣為：

其中為空間桿件在局部坐標系中的單元剛度矩陣，是12×12的對稱矩陣，對進行坐標變換，即可得到整體坐標系下的單元剛度矩陣剛度矩陣，即

3.根據權利要求1所述的大規模建筑結構的完全顯式的動力時程分析方法，其特征在于，所述的第一步當中，單元質量矩陣為：

采用HRZ法對進行對角化，得到集中質量矩陣，即為

對進行坐標變換，即可得到整體坐標系下的單元剛度矩陣剛度矩陣，即

4.根據權利要求1所述的大規模建筑結構的完全顯式的動力時程分析方法，其特征在于，所述的第一步當中，采用Rayleigh阻尼，建立單元阻尼矩陣

C^e＝a₀M^e+a₁K^e

其中

ω_i和ω_j一般分別取結構的第1階和第3階頻率，ζ為阻尼比，一般為0.05。

5.根據權利要求1所述的大規模建筑結構的完全顯式的動力時程分析方法，其特征在于，所述的第一步當中，對于單元右端項F^e的計算，需對每個時刻的地震波加速度記錄采用線性插值得到ü_g(t)，由下式計算

F^e＝-M^eü_g(t)；其中M^e為單元質量矩陣。

6.根據權利要求1所述的大規模建筑結構的完全顯式的動力時程分析方法，其特征在于，首先計算并存貯各個單元的單元剛度矩陣K^e、質量矩陣M^e和阻尼矩陣C^e以及右端項F^e；其中M^e為對角矩陣，僅需要對質量矩陣M^e進行集成得到整體質量矩陣M，而無需計算整體剛度矩陣C和整體阻尼矩陣M以及右端項F。