寒区道路工程随机温度场和动力响应的数值分析
文献类型：学位论文
| 作者 | 刘志强 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2005 |
| 授予单位 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
| 授予地点 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
| 导师 | 赖远明 |
| 关键词 | 随机有限元法 通风管路基 冻土 动力响应 温度场 弹粘塑性 藕合问题 三维非线性分析 |
| 其他题名 | Random Temperature Fields and Dynamic Analysis for Railway Embankment Engineering in Cold Regions |
| 中文摘要 | 在青藏铁路建设中，应用了多种主动保护冻土的工程措施，通风管路基是其中之一。为提高通风管路基的使用效果，结合其它保护冻土的工程经验，对通风管路基进行改进，因此从理论上系统地研究通风路基的温度特性是十分必要的。本文从传热学与冻土学基本理论出发，根据Galerkin法导出带相变的三维温度场有限元公式，以青藏铁路某处通风管路基为研究对象，在考虑未来气温上升的情况下，对普通路基、通风管路基、加装隔热门的通风管路基、铺设保温材料的通风管路基和同时加装隔热门和保温材料的通风管路基进行了大量的计算分析工作。计算结果表明：通风路基对路基下的冻土有明显的保护作用；加装隔热门的通风管路基能进一步发挥通风管的使用效果；而铺设保温材料对通风管路基的使用效果则不明显。同时应该注意到，在对冻土工程问题进行数值模拟时，像其它结构工程中存在诸多不确定性因素一样，冻土工程中，由于冰的存在，使冻土的工程性质复杂而特殊，表现出很强的离散性和随机性。冻土区环境复杂多变，冻土对外界变化敏感，保证冻土工程的安全可靠，采用概率一统计的方法反映工程所面临的各种随机因素的影响才是科学可靠的。有限单元法已成为分析复杂结构的强有力工具，精度越来越高。随机有限元法正是在传统有限元基础上发展起来的，是研究工程实践中存在的大量不确定问题的强有力工具。本文从带相变的热传导微分方程出发，根据其相应的变分原理，应用一阶摄动技术，导出了适用于冻土工程随机温度场的随机变分公式，并在此基础上导出随机温度场的有限元列式。应用面向对象的编程技术，用VisualC＋＋语言编写了相应的计算程序。程序中随机因素可作为随机场考虑，也可作为随机变量考虑；可同时考虑边界温度条件和土性参数的随机性，也可单独进行计算。对普通路基在以下两种情况的随机温度场进行了计算分析：1）将温度边界条件视为随机因素；2）将路基热力学参数作为随机因素。计算结果表明，当温度边界条件随机时，路基温度场的方差在边界上最大，自边界而内逐渐减小，但随时间而增加；路基热力学参数作为随机因素时，温度场的方差表现出较强的离散性。青藏高原也是地震多发区，冻土区的公路、铁路在地震和车辆动荷载长期作用下的动力响应必须考虑。本文将冻土作为粘弹塑性材料，考虑冻土在动力荷载作用下的升温效应，从热传导方程、渗流微分方程和动力平衡方程出发，建立了冻土的动力热一力祸合微分方程，并推导出相应的有限元列式。对路基在地震和车辆荷载作用下的动力响应进行了计算与分析。计算结果表明，在地震荷载和车辆荷载作用下，路基的动力响应不同，对此问题进行深入研究是十分必要的。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-08-22 |
| 页码 | 117 |
| 源URL | [http://ir.casnw.net/handle/362004/22092]  |
| 专题 | 寒区旱区环境与工程研究所_研究生学位论文_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 刘志强. 寒区道路工程随机温度场和动力响应的数值分析[D]. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 2005. |
入库方式： OAI收割
来源：寒区旱区环境与工程研究所
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