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同震断层三维裂纹扩展波动时域超奇异积分法

力学学报 2010年第3期42卷 456-473页

作者：朱伯靖石耀霖秦太验中国科学院研究生院地球科学学院计算地球动力学实验室北京100049 中国农业大学理学院北京100083

应用波动时域超奇异积分法将P波、S波和磁电热弹多场耦合作用下同震断层任意形状三维裂纹扩展问题转化为求解以广义位移间断率为未知函数的超奇异积分方程组问题;定义了广义应力强度因子,得到裂纹前沿广义奇异应力增量解析表达式;应用... 详细信息

应用波动时域超奇异积分法将P波、S波和磁电热弹多场耦合作用下同震断层任意形状三维裂纹扩展问题转化为求解以广义位移间断率为未知函数的超奇异积分方程组问题;定义了广义应力强度因子,得到裂纹前沿广义奇异应力增量解析表达式;应用波动时域有限部积分概念及体积力法,为超奇异积分方程组建立了数值求解方法,编制了FORTRAN程序,以三维矩形裂纹扩展问题为例,通过典型算例,研究了广义应力强度因子随裂纹位置变化规律;分析了同震断层裂纹扩展中力、磁、电场辐射规律.

关键词：三维裂纹扩展同震断层超奇异积分应力强度因子

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磁电热弹耦合材料三维多裂纹超奇异积分法

力学学报 2008年第1期40卷 46-58页

作者：朱伯靖秦太验中国农业大学理学院

用超奇异积分方程法将多场耦合载荷作用下磁电热弹耦合材料内含任意形状和位置三维多裂纹问题转化为求解一以广义位移间断为未知函数的超奇异积分方程组问题,退化得到内含任意形状平行三维多裂纹问题的超奇异积分方程组;推导出平行三维... 详细信息

用超奇异积分方程法将多场耦合载荷作用下磁电热弹耦合材料内含任意形状和位置三维多裂纹问题转化为求解一以广义位移间断为未知函数的超奇异积分方程组问题,退化得到内含任意形状平行三维多裂纹问题的超奇异积分方程组;推导出平行三维多裂纹问题的裂纹前沿广义奇异应力场解析表达式、定义了广义(应力、应变能)强度因子和广义能量释放率;应用有限部积分概念及体积力法,为超奇异积分方程组建立了数值求解方法,编制了FORTRAN程序,以平行双裂纹为例,通过典型算例,研究了广义(应力、应变能)强度因子随裂纹位置、裂纹形状及材料参数变化规律,得到裂纹断裂评定准则.最后,分析了裂纹间干扰、屏蔽作用及其在工程实际中的应用.

关键词：三维多裂纹磁电热弹耦合材料超奇异积分应力强度因子

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垂直磁压电材料界面三维裂纹的超奇异积分法

力学学报 2007年第4期39卷 510-516页

作者：朱伯靖秦太验中国农业大学理学院北京100083

应用有限部积分概念和广义位移基本解,垂直于磁压电双材料界面三维复合型裂纹问题被转化为求解一组以裂纹表面广义位移间断为未知函数的超奇异积分方程问题．进而,通过主部分析法精确地求得裂纹尖端光滑点附近的奇性应力场解析表达式．... 详细信息

应用有限部积分概念和广义位移基本解,垂直于磁压电双材料界面三维复合型裂纹问题被转化为求解一组以裂纹表面广义位移间断为未知函数的超奇异积分方程问题．进而,通过主部分析法精确地求得裂纹尖端光滑点附近的奇性应力场解析表达式．然后,通过将裂纹表面位移间断未知函数表达为位移间断基本密度函数与多项式之积,使用有限部积分法对超奇异积分方程组建立了数值方法．最后,通过典型算例计算,讨论了广义应力强度因子的变化规律．

关键词：磁压电双材料超奇异积分裂纹复合型应力强度因子

月球冷却过程中的热应力与月震机制之间关系的初步分析

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地球物理学报 2023年第9期66卷 3730-3746页

作者：陶莎石耀霖朱伯靖中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049 中国科学院计算地球动力学重点实验室北京100049 中国科学院云南天文台昆明650216 中国科学院天文大科学研究中心北京100012

大量研究表明深源月震的周期性是由地球对月球的潮汐作用引起,但固体潮汐差应力的最大值远小于深源月震发生所需的岩体破裂应力,因此在潮汐力以外,应存在其他背景构造应力.此外,由于月球上并没有活跃的板块运动,浅源月震的发生机制也有... 详细信息

大量研究表明深源月震的周期性是由地球对月球的潮汐作用引起,但固体潮汐差应力的最大值远小于深源月震发生所需的岩体破裂应力,因此在潮汐力以外,应存在其他背景构造应力.此外,由于月球上并没有活跃的板块运动,浅源月震的发生机制也有待解决.本文用参量化模型初步模拟了月球冷却和岩石圈增厚的历史,并初步计算了月球内部的热应力增长速率以及长期应力松弛下累积至今的热应力,特别关注了深、浅源月震区域近期应力特征.研究结果显示:浅源月震区域内,热应力大小可以造成浅源月震区岩体破裂,且热应力以水平挤压为主,足以产生逆掩断层月震,与实际观测吻合;深源月震区域内,热应力虽然也有集中,但其量级大小并不足以成为造成无水干月岩破裂的主要原因.我们推测深源月震很可能与月幔最下层的部分熔融层释放的流体有关.本文的研究初步揭示了月球冷却收缩热应力与深、浅源月震产生机理间的关系,对未来的进一步深入研究提供了基础.

关键词：浅源月震深源月震背景应力场热演化热应力

三维体内含垂直于双材料界面混合型裂纹的超奇异积分解法

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计算力学学报 2008年第2期25卷 269-272,277页

作者：朱伯靖秦太验中国农业大学理学院

利用双材料位移基本解和Somigliana公式,将三维体内含垂直于双材料界面混合型裂纹问题归结为求解一组超奇异积分方程。使用主部分析法,通过对裂纹前沿应力奇性的分析,得到用裂纹面位移间断表示的应力强度因子的计算公式,进而利用超奇异... 详细信息

利用双材料位移基本解和Somigliana公式,将三维体内含垂直于双材料界面混合型裂纹问题归结为求解一组超奇异积分方程。使用主部分析法,通过对裂纹前沿应力奇性的分析,得到用裂纹面位移间断表示的应力强度因子的计算公式,进而利用超奇异积分方程未知解的理论分析结果和有限部积分理论,给出了超奇异积分方程的数值求解方法。最后,对典型算例的应力强度因子做了计算,并讨论了应力强度因子数值结果的收敛性及其随各参数变化的规律。

关键词：应力强度因子双材料裂纹超奇异积分方程有限部积分

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新丰江水库地震孔隙弹性耦合有限元模拟

中国科学：地球科学 2012年第12期42卷 905-916页

作者：程惠红张怀朱伯靖孙玉军郑亮杨少华石耀霖中国科学院计算地球动力学重点实验室北京100049 中国科学院研究生院地球科学学院北京100049 中国地质科学院地质力学研究所北京100081 地震动力学国家重点实验室北京100029

1962年新丰江水库Ms6.1级地震是公认的水库诱发地震,对该水库蓄水造成的库仑应力变化进行量化估算,有助于对多大量级的库仑应力可以触发水库地震的这一基础性科学问题的了解.从这一角度出发,建立了新丰江水库三维孔隙弹性耦合模型,应用... 详细信息

1962年新丰江水库Ms6.1级地震是公认的水库诱发地震,对该水库蓄水造成的库仑应力变化进行量化估算,有助于对多大量级的库仑应力可以触发水库地震的这一基础性科学问题的了解.从这一角度出发,建立了新丰江水库三维孔隙弹性耦合模型,应用有限单元法计算水库蓄水引起库区应力场、孔隙压力场、断层上库仑应力的动态变化响应和蓄水累积的应变能.数值模拟结果表明:新丰江水库蓄水引起库区和其周围断层上库仑应力增大0.7～3.0kPa,量值大小依赖于扩散系数;其中水体荷载部分引起的库仑应力变化小于0.5kPa,孔隙压力扩散占主导因素;新丰江水库蓄水引起地面最大垂直形变量为?17.5mm,与实测数据非常接近;水库蓄水累积应变能为7.3×1011J,小于Ms6.1地震波释放能量1%,表明地震释放的主要是构造应变能,水库蓄水仅起触发作用.

关键词：新丰江水库水库地震孔隙弹性耦合库仑应力有限元模拟

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三维双相材料裂纹问题的超奇异积分方程方法

三维双相材料裂纹问题的超奇异积分方程方法

作者：朱伯靖中国农业大学

学位级别：硕士

复合材料的断裂通常是从界面或界面附近开始的,因此,研究复合材料裂纹在界面及界面附近产生的应力场有着重要的理论和实际意义。与均质材料相比,复合材料裂纹具有材料力学特性不同、接触点附近应力场奇异性指数复杂及所应用线弹性断裂... 详细信息

复合材料的断裂通常是从界面或界面附近开始的,因此,研究复合材料裂纹在界面及界面附近产生的应力场有着重要的理论和实际意义。与均质材料相比,复合材料裂纹具有材料力学特性不同、接触点附近应力场奇异性指数复杂及所应用线弹性断裂理论不同等特点,因而研究较为困难。目前,复合材料裂纹的研究对象大多为二维裂纹,在三维裂纹方面报导较少。本文使用超奇异积分方程法,对三维双相材料裂纹问题进行了比较系统的研究,给出了问题的超奇异积分方程及其高精度数值求解方法,并给出了典型问题的数值结果。主要研究内容包括: 1.利用已有的三维双相材料位移基本解,给出了在与界面斜交坐标系下位移基本解的一般表达式。在此基础上,使用Somigliana位移公式给出了三维双相材料中含有与界面斜交裂纹问题的位移和面力一般解,进而利用超奇异积分及边界积分方程法,将此类裂纹问题归结为求解一组以裂纹面位移间断为未知函数的超奇异积分方程,并对未知解在裂纹前沿的性态进行了分析。其中,三维双相材料斜裂纹问题的超奇异积分方程组属于首次报道。 2.利用超奇异积分方程未知解在裂纹前沿的解析分析结果,以及因子法和有限部积分法,为三维双相材料中与界面垂直的剪切型裂纹问题建立了数值求解方法,给出了超奇异积分的具体计算公式,并给出了裂纹前沿应力强度因子的计算表达式。 3.利用上述数值计算方法,具体计算了一些典型裂纹问题,获得了裂纹前沿应力强度因子的数值结果,并研究了应力强度因子随各参数的变化规律。结果表明本文建立的数值方法具有良好的精度和收敛性。

关键词：复合材料三维裂纹超奇异积分方程应力强度因子

粒子云网格方法在大尺度湍流磁重联研究中的应用和进展

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天文学进展 2016年第4期34卷 459-476页

作者：朱伯靖林隽中国科学院云南天文台昆明650216 中国科学院天文大科学研究中心北京100012 南京大学现代天文与天体物理教育部重点实验室南京210000

作为汪景琇院士主持的中国科学院数理学部"天体辐射磁流体力学"战略研究项目组成部分^([1]),从等离子体的动力学属性出发,介绍了用于研究等离子体与周围磁场结构相互作用的粒子云网格方法,及其在研究具有复杂等离子体和磁场结构的磁重... 详细信息

作为汪景琇院士主持的中国科学院数理学部"天体辐射磁流体力学"战略研究项目组成部分^([1]),从等离子体的动力学属性出发,介绍了用于研究等离子体与周围磁场结构相互作用的粒子云网格方法,及其在研究具有复杂等离子体和磁场结构的磁重联过程中的应用。这里提到的磁场与等离子体的复杂性包括变化的等离子体β值,磁重联电流片中包含有多种尺度的结构,以及这些结构之间的相互作用,而且这些结构的尺度变化范围很大(从105km变化到102km)。进一步探讨了该方法在太阳物理领域,特别是在太阳爆发磁重联过程方面的可能应用以及未来的发展;并为项目研究中其他部分在数值方法^([2–5])和太阳物理^([6,7])方面提供借鉴和补充。

关键词：等离子体动力学属性粒子云网格方法玻尔兹曼方法:大尺度湍流磁重联太阳耀斑及日冕物质抛射

三维黏弹性数值模拟华北盆地地震空间分布与构造应力积累关系

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地球物理学报 2012年第12期55卷 3942-3957页

作者：柳畅石耀霖郑亮朱伯靖中国科学院大学中国科学院计算地球动力学重点实验室 Laboratoire de Géologie CNRS-UMR8538Ecole Normale SupérieureParis 75231

华北盆地为我国板内地震多发区域,历史以来相继发生多次破坏性大地震.前人地震勘探与震源定位结果揭示了华北地震的空间分布特征:横向上,华北地震基本发生在地壳的薄弱地带(Moho面上隆),或者地壳厚度的急剧变化带;纵向上,华北地震在地... 详细信息

华北盆地为我国板内地震多发区域,历史以来相继发生多次破坏性大地震.前人地震勘探与震源定位结果揭示了华北地震的空间分布特征:横向上,华北地震基本发生在地壳的薄弱地带(Moho面上隆),或者地壳厚度的急剧变化带;纵向上,华北地震在地壳一定深度范围内呈现成层分布特征;主震一般在上地壳底部9～15km深度范围,余震多发生在大约深5～25km的上地壳与中地壳范围内,在中地壳下层与下地壳中仅有少量或者鲜见有余震发生.为研究解释华北盆地地震空间分布的以上特征,本文建立了华北盆地岩石圈三维黏弹性有限元模型.震源机制和GPS反映华北盆地处于NNE最大主压应力方向挤压,因此对模型边界施以恒定的位移速率边界条件;数值模拟华北岩石圈各层位在数百年以上长期匀速构造挤压作用下的应力积累特征,分析了华北地震空间分布与构造应力积累速率的关系,探讨了地壳结构与地壳分层流变性质对地壳应力积累的影响.计算结果表明,Moho面的隆起与地壳各层位岩石介质的黏滞系数是华北盆地地震孕育的重要因素.华北盆地在构造挤压的持续作用下,Moho面隆起处产生明显应力集中现象.该区域应力在长时期的积累过程中,在脆性的上地壳与中地壳上层,应力表现近于线性增长趋势,上地壳底部较其它深度有最大的应力增长率,其主震可以在应力积累至岩石破裂强度时发生;在脆、韧性转换的中地壳下层,应力增长速率次之,华北地震的大部分余震可能在该层位为主震所触发;而在柔性的下地壳应力增长近于指数形式,稳定状态之后其应力增长速率近于零,而鲜有地震发生.地壳各层位的应力增长率差异与地震成层分布的现象揭示了华北地壳的分层流变性质:脆性(上地壳)-较弱脆性(中地壳上层)-较弱韧性(中地壳下层)-较强韧性(下地壳)-韧性(岩石圈上地幔)的分层流变结构.

关键词：华北盆地孕震机制应力集中地壳薄弱带 Moho面上隆黏弹性