基于DEM-FEM耦合方法的颗粒-筒仓结构地震动力耦合效应研究

本文通过建立DEM-FEM（离散元-有限元）双向耦合计算框架，结合振动台试验验证和粗粒化技术，系统研究了矮胖型地面支撑筒仓（GSS）的抗震性能。研究揭示了颗粒加速度响应场、动态侧压力分布与筒仓壁应力集中的非线性耦合规律，提出颗粒诱导荷载是筒仓地震响应的主导机制，为定向抗震设计（如关键节点强化）提供了理论依据。

　　

Highlight

本研究采用DEM-FEM（离散元-有限元）耦合算法构建了地面支撑筒仓（GSS）数值模型，通过振动台试验验证后，基于粗粒化理论建立了全尺寸筒仓模型。选取El-Centro波、Taft波和人工波（按中国设计反应谱调整）进行地震分析，系统研究了：(1) 颗粒加速度场，(2) 动态侧压力分布，(3) 筒仓壁应力状态，揭示了颗粒-结构耦合动力学规律。

Conclusions

研究发现：(1) 颗粒介质中非线性波传播导致响应相位延迟（随高度变化），且随峰值加速度（PGA）增大而放大；(2) 加速度分布保持波形特征，但高强度下曲率增加，显示非线性放大效应；(3) 动态压力极值由静压分布和输入方向共同决定，常偏离激励轴向；(4) 超压呈"顶部高-底部低"模式，与PGA线性相关；(5) 结构分析显示壁-底连接处出现冯·米塞斯（von Mises）应力集中，与压力峰值空间对齐但存在方向偏差。这些结果证实颗粒诱导荷载（而非单纯结构惯性）是矮胖筒仓地震需求的主控机制，研究提出了定向抗震协议和关键节点加固等设计建议。