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申请/专利权人：西南交通大学

摘要：本发明涉及地震动数值模拟领域，具体涉及地震波传播数值模拟方法、平台、云端设备及计算机装置。方案包括构建SPH数值试验模型，基于研究区域尺寸绘制对应的几何区块图形，将等效直径为D的粒子，按间隔距离D规则排列，直至布满整个研究区域，研究区域内的粒子为实粒子，截断边界的最外层粒子为边界粒子，边界粒子距截断边界0.5D，沿截断边界外法方向，向研究区域外侧继续拓展至少三层粒子，为固定虚粒子，最后根据材料属性对所有粒子分配物理参数，选取对应的核函数W，设置SPH数值模型的基本参数，以D为粒子的光滑长度，以此构建完整的SPH数值模型；基于SPH数值模型计算边界粒子等效作用力；外部荷载输入。本发明适用于地震波传播的数值模拟试验。

主权项：1.地震波传播数值模拟方法，其特征在于，该方法包括：S1、构建SPH数值试验模型；基于研究区域尺寸绘制对应的几何区块图形，将等效直径为D的粒子，按间隔距离D规则排列，直至布满整个研究区域，研究区域内的粒子为实粒子，截断边界的最外层粒子为边界粒子，边界粒子距截断边界0.5D，然后，沿截断边界外法方向，向研究区域外侧继续拓展至少三层粒子，为固定虚粒子，最后，根据材料属性对所有粒子分配物理参数，虚粒子具有和实粒子相同的物理特性，选取对应的核函数W，设置SPH基本参数，以D为粒子的光滑长度，以此构建完整的SPH数值试验模型；S2、根据SPH数值模型边界类型和边界条件，将截断边界在模拟地震波传播时受到的等效作用力转化为作用在模型底部边界粒子荷载与侧向边界粒子荷载两种集中力；S3、通过SPH方法的动量方程将外部荷载输入以集中荷载形式直接施加到数值模型边界粒子上，动量方程为： 其中，ρ代表粒子的密度；v表示粒子的速度；p为粒子所受到压力；Πij是人工粘度项；对于底边界和侧向边界，地震波输入时的边界粒子动量计算方程分别为：底边界：Fb表示模型底部地震动荷载，即任意底部边界粒子受到的作用力；侧边界：Fl表示模型侧向自由场运动产生的荷载，即任意侧向边界粒子受到的作用力；将截断边界在模拟地震波传播时受到的等效作用力转化为作用在模型底部边界粒子上的集中荷载具体包括：模型底部采用粘性边界，通过在底边界粒子上布置来施加作用在边界粒子上等效荷载，以及吸收来自研究区域外行的地震反射波，对于任意粘性边界粒子，阻尼器提供的法向力和切向力分别表示为：σ＝-ρcpvnτ＝-ρcsvs其中σ和τ分别表示阻尼器产生的法向和切向作用力；ρ表示块体介质的密度；vn和vs分别表示边界块体上作用点在法向和切向的移动速度；cp和cs分别是地震P波和S波在介质中的传播速度，均与介质的物理力学性质有关，表示为： 其中μ表示材料的泊松比；E为杨氏模量；对于任意底部边界粒子bx,y，其受到的作用力Fb表示为：Fb＝Fb1+Fb2，Fb1表示粘性边界对边界粒子阻尼作用力，Fb2表示地震动作用在边界粒子上的等效荷载；则对于底部边界粒子，其受到的阻尼力Fb1为： 其中，Fb1n和Fb1s分别是作用底边界粒子上的法向和切向阻尼力；α是模型截断边界的方向角；vbx和vby分别表示粒子在x方向和y方向的移动速度；底部边界粒子最终受到的等效地震荷载Fb2表示为： 其中，Fb2n和Fb2s分别表示粒子受到的正应力和切应力；vsx和vsy分别表示边界粒子上受到的在x方向和y方向地震波速度。

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