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研究生:孫延忠
研究生(外文):Yan-June Suen
論文名稱:土層中埋置物對SH波散射行為之研究
論文名稱(外文):Dispersion phenomena of SH-Wave caused by obstacle in soil strata
指導教授:常正之
指導教授(外文):J. J. Charng
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:土木工程學系
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:1999
畢業學年度:87
語文別:中文
論文頁數:183
中文關鍵詞:地表衝擊波有限元素法邊界元素法混合數值法時間域頻率域走時波譜
外文關鍵詞:obstacleNDTSH-WaveFEMBEMhybrid methodRicker waveletFFT
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本文主要係應用邊界元素法配合有限元素法之混合數值法,探討地中埋置物(諸如:地下連續壁、樁、岩栓、CCP樁等…..)在二維半無窮域均質及雙層介質中,受到不特定距離外之地表衝擊波作用,地中埋置物由於埋置深度的差異以及構成材料和背景介質之對比不同,就反平面問題探討其波傳行為的差異,並藉研究結果以評估地中埋置物之埋置深度。
本文所採用的數值方法為混合數值法,其優點為應用有限元素法較易處理地中埋置物鄰近區域複雜的應力波傳遞行為,而應用邊界元素法恰可滿足應力波行進至無窮遠處無回波的輻射條件。有限元素所分佈的範圍,稱為內域,邊界元素法所考慮的區域稱為外域(或遠域),而內域與外域之間設置一重疊的過渡區域,此區域既是內域亦是外域,稱為過渡帶,過渡帶間的位移和應力則需滿足連續條件。
本文之研究主旨,乃利用SH波在時間域的振幅反應及其相位的改變,藉以決定地中埋置物之埋置深度以及構成材料對應力波傳遞行為之影響。經由傳遞至地表而被接收之時域波譜,得以擇定任一位置之走時曲線,並配合視波速,用以分析不同地表位置,其所受繞射、反射或直接波之影響。研究結果顯示,由地中埋置物之直接波、反射波、透射波、繞射波等反應波譜,可將埋置物之性質予以區別。而埋置物之埋置深度,更可應用尖端繞射法,藉由埋置物繞射波、二次繞射波走時將其估算出來。

Since the need for reliable and quantitative techniques for testing and evaluation of the integrity of structures or materials, interests in the area of non-destructive test (NDT) have been increased during the last three decades. By the similar technique, we can study the propagation, scatting and attenuation of elastic stress waves to determine many fundamental properties of soil strata and to detect the underground obstacles.
The purpose of this research is using the numerical-simulation method to study the dispersion phenomena of SH-wave caused by obstacle, which embedded in 2-D half-space and 2-D double layers soil strata respectively. The basic idea is using boundary element method (BEM) accompany with finite element method (FEM) which makes up the so-called hybrid method to build up the numerical model to find out the frequency-domain dispersion response of SH-wave.
Where FEM is using to treat the nearby area of obstacle, and BEM which simply the boundary conditions (radiation conditions) simulation and save the computation time consumed is using for the remote area. The Ricker wavelet force functions with different characteristic frequencies are adopted to simulate surface impact source.
Then with the numerical model that mentioned earlier, the response spectrum could be obtained, then using both the convolution theory and Fast Fourier Transform technique, the transient response waveform can also be obtained. The major parameters that this research proposes to study are the different embedded lengths, the properties of obstacle and group effects.

第一章 緒論
1-1 前言
1-2 非破壞檢測
1-3 研究目的
1-4 研究方法
1-5 論文內容
第二章 文獻回顧
2-1 波動之演進
2-2 震波探測的歷史回顧
2-3 相關文獻之回顧
第三章 理論基礎
3-1 問題敘述
3-2 控制方程式的建立
3-3 層狀半無窮域格林函數的建立
3-3-1 共平面問題-單位力作用在x、z方向 ( P、SV波 )
3-3-2 反平面問題-單位力作用在y方向 ( SH波 )
第四章 數值方法
4-1 混合數值法
4-2 遠場之邊界積分表示式
4-3 近場之有限元素離散化
4-4 近場與遠場之結合
4-4-1 頻率域解
4-4-2 時間域解
第五章 數值結果分析與討論
5-1 數值分析的條件控制與先期評估
5-1-1 問題敘述
5-1-2 參數控制
5-1-3 數值結果的先期評估
5-1-3-1 學理的回顧
5-1-3-2 依物理觀念進行波傳行為之推演
5-2 數值結果分析
5-2-1 均質 ( 單層 ) 介質之走時判讀
5-2-2 層狀 ( 雙層 ) 介質之走時判讀
5-2-3 相異震源位置對於時域波譜之影響及綜合性分析
5-2-4 相異波速比對於時域波譜之影響及綜合性分析
5-2-5 埋置物寬度的改變對於時域波譜之影響及綜合性分析
5-2-6 二次繞射波之走時判讀及綜合性分析
5-2-7 繞射波走時的數值結果彙整
5-3 探測頻率高、低對於時域波譜之影響
5-4 雙埋置物之走時判讀及綜合性分析
第六章 結論與建議
6-1 結論
6-2 建議
參考文獻
自 述

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