组合有限元-离散元法（FDEM）中人工边界问题的研究

组合有限元-离散元法（FDEM）是一种先进的有限元-离散元耦合方法，能很好地模拟材料的大变形和断裂过程。FDEM中的显式求解方法天然地适合于求解动力学问题，而动力学分析的关键是建立可以模拟无限域运动的人工边界条件。目前，原FDEM中只有粘性边界条件，但这仅适用于求解内源波问题（如，爆破、机械振动），并且不存在用于解决外源波问题的人工边界条件（例如，地震）。因此，本研究发展了三种人工边界条件，以增强FDEM进行动力响应分析的能力。首先，简要介绍了FDEM的基本原理和现有的粘性边界条件。然后，依次引入三个新增的边界条件：（1）粘-弹性边界条件，它能吸收边界上的应力波能量，恢复残余位移，使之符合工程实际;（2）自由场边界条件，通过与自由场运动耦合来吸收模型侧边界处的散射波，并介绍了网格匹配和耦合计算的算法;（3）静动力统一边界条件，可以将拟静力分析下的固定边界精确地转化为动力分析下的无反射边界条件。最后，通过建立几个经典模型验证了新增边界条件的可行性。与振动台试验结果的对比表明，改进的FDEM方法可以用于实际地震作用下的地震反应分析。