COMSOL黏弹性动力边界及地震动输入 原创

一、前言

    粘弹性动力边界是工程仿真中比较常用，效果也不错的局部时域人工动力边界条件，目前已经在ANASYS、ABAQUS和Fssicas等通用有限元软件中有了较为通用的使用方法，但是在COMSOL这款以多物理场和PDE建模为特色的通用软件中却比较少见。因此本帖展示的是本人在COMSOL有限元平台实现的粘弹性边界的施加以及地震动输入的介绍。

本贴采用的验证算例引用于文献《黏弹性人工边界在ABAQUS中的实现及地震动输入方法的比较研究》-岩土力学与工程学报-马笙杰等。

   下面是建模介绍和模拟结果与文献结果的对比验证。

二、模型建立

   通过场外垂直入射sv波算例来验证黏弹性边界设置和地震动输入的准确性。在二维无限弹性空间中截取长50m，高50m的有限元区域作为计算区域，设置模型的顶部中点和底部中点作为监测点，如图1所示，模型材料参数如下：密度为2000kg/m^3,弹性模量：2e8[Pa],泊松比0.25，剪切波速为200m/s，采用四边形网格单元，网格尺寸为0.5m×0.5m，在模型底部垂直输入sv波，波形和速度图像如图2、3所示。持续时间为0.2s，计算时长为1s，计算时间步为0.001s，瞬态隐式求解，时间进步方法为向后差分。

图1 二维土体计算模型

图2 入射波位移时程曲线图

图3 入射波速度时程曲线图

    计算结果如图4、5所示，入射波在经过0.25s之后到达自由表面与反射波叠加，变成入射波位移的2倍，0.4s之后自由地表停止振动（图中蓝色部分为数值震荡），说明入射波在底部黏弹性边界处被吸收，没有二次反射。与文献上的结果也是一样的。

图4 顶部位移检测点时程曲线

图5 底部监测点时程曲线

文献结果

   从上述结果可看出，本贴方法对比ABAQUS模拟结果效果相当。当然该方法在数值结果中精确度也有待提高，欢迎给位联系我互相探讨！想要学习本算例的欢迎各位前来咨询。