Распространение сейсмических волн. Задача Стокса

Сейсмология является важной составной частью наук о Земле. С одной стороны это наука о землетрясениях, с другой - это главный источник информации о глубинном строении земных недр, недоступных для прямого изучения. Сейсмические волны возбуждаются ветром, морскими волнами, падениями метеоритов, запусками ракет, вулканическими извержениями, атмосферными взрывами и даже людьми, проходящими близко от сейсмометров. Сейсмические наблюдения приоткрыли тайну внутреннего строения Луны и Марса. Для широкого внедрения в сейсмологию количественных подходов потребовалось существенно развить ее теоретическую базу, и прежде всего теорию распространения сейсмических волн. Этой цели послужили многочисленные исследования сейсмологов-теоретиков по решению так называемых прямых задач сейсмологии - расчету волновых полей в заданной модели среды при заданном способе возбуждения колебаний. Решим задачу Стокса для изучения распространения сейсмических волн.

Создайте геометрическую модель

Создайте параллелепипед. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Создать. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.

Переместите модель. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Преобразовать. Из выплывающего списка выберите Переместить Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.

Разделите одно ребро на две равные части.На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Кривая, Действие - Изменить. Из выплывающего списка выберите Разбиение. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.

Построение сетки

Постройте гексаэдральную сетку. На панели команд выберите Режим - Сетка, Объект - Объемная, Действие - Интервалы. Из выплывающего списка выберите Задать размер. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить, Построить сетку.

Задание материала и свойств блока

Создайте материал. На панели команд выберите Режим - Материал, Объект - Управление материалами. В окне Материал укажите имя "Материал 1". Перетащите нужные свойства из левого окна свойств. Нажмите Применить.

Создайте блок для объемной модели. На панели команд выберите Режим - Блоки, Объект - Блок, Действие - Добавить сущность в блок. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.

Задайте свойства блоку. На панели команд выберите Режим - Блоки, Объект - Блок, Действие - Свойства/параметры блока. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.

Задание граничных условий

Закрепите сторону по направлению OY. На панели команд выберите Режим - Граничные условия, Объект - Перемещения, Действие - Создать. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.

Закрепите ребро модели по направлению OX. На панели команд выберите Режим - Граничные условия, Объект - Перемещения, Действие - Создать. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.

Закрепите сторону по направлению OZ. На панели команд выберите Режим - Граничные условия, Объект - Перемещения, Действие - Создать. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.

Приложите точечную силу к вершине модели. На панели команд выберите Режим - Граничные условия, Объект - Точечная сила, Действие - Создать. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.

Задайте зависимость для точечной силы по закону Берлаге. На панели команд выберите Режим - Зависимость ГУ. Задайте необходимые параметры для силы. Нажмите Применить.

Приложите к четырем сторонам куба неотражающие граничные условия. На панели команд выберите Режим - Граничные условия, Объект - Неотражающее условие, Действие - Создать. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.

Запуск расчета

Для запуска на расчет в CAE Fidesys выберите на панели команд Режим - Настройки расчета, Настройки расчета - Временной анализ, Временной анализ - Общие. Задайте требуемые параметры и нажмите Применить.

Далее выберите на панели команд Режим - Настройки расчета, Настройки расчета - Временной анализ, Временной анализ - Поля вывода. Задайте требуемые параметры и нажмите Применить, Начать расчет.

Анализ результатов

Откройте файл с результатами. Это можно сделать тремя способами:

  • Нажмите Ctrl+E;

  • В главном меню выберите Расчёт - Результаты. Нажмите Открыть последний результат;

  • На панели команд выберите Результаты (Режим - Результаты, Результаты - Открыть Результаты).

Появится окно Fidesys Viewer, в котором вы сможете ознакомиться с результатами расчёта.

На панели инструментов выберите необходимое время.

Для построения временной зависимости выберите любую точку на поверхности куба при помощи инструмента Выбрать точки вкл.. Далее на панели инструментов выберите Фильтры - Алфавитный указатель - Построить выделенное в зависимости от времени. Нажмите Применить.

Ниже на рисунках показаны распределение напряжений по Мизесу.

Использование консольного интерфейса

Построение геометрии, генерацию сетки, задание граничных условий и материалов можно выполнить с использованием консольного интерфейса. Ниже приведён код программы, позволяющий выполнить шаги описанного выше руководства, необходимо только самостоятельно указать полный путь и название сохраняемого файла.

reset
brick x 100 
move Volume 1 location 0 50 50 include_merged 
partition create curve 6 position 0 50 50 
volume all size 10
volume all size 10
mesh volume all
create material 1
modify material 1 name 'материал 1'
modify material 1 set property 'MODULUS' value 2e+08
modify material 1 set property 'POISSON' value 0.3
modify material 1 set property 'DENSITY' value 1900
set duplicate block elements off
block 1 add volume 1
block 1 material 1 cs 1 element solid order 3
create displacement  on surface 3 dof 2 fix  
create displacement  on curve 2  dof 1 fix  
create displacement  on surface 2  dof 3 fix  
create force  on vertex 9  force value 1 direction 1 0 0 
bcdep force 1 value 'berlage(2.5e+07, 10, time)'
create absorption on surface 1 5 6 4
analysis type dynamic elasticity dim3 preload off
dynamic method full_solution scheme explicit maxtime 0.4 maxsteps 50000
output nodalforce off energy off record3d on material off results everystep 10 fullperiodic off
calculation start path 'D:/Lavrova/result.pvd'