地震波的反射投射和折射

§1.4 地震波的反射、透射和折射

序：在§1.3中讨论了无限均匀完全弹性介质中波的传播情况。

当地震波遇到岩层界面时，波的动力学特点会发生变化。地震勘探利用界面上的反射、透射和折射波。

一、平面波的反射及透射

同光线在非均匀介质中传播一样，地震波在遇到弹性分界面时，也要发生反射和透射。首先讨论平面波的反射与透射。

（一）斯奈尔（snell）定律

1．费马原理（最小时间原理）

波从一点传播到另一点，以所需时间最小来取传播路径。

如图，波从P

1点传到P

2

点。

速度均匀时，走路径①，直线，t最小,s也最小。速度变化时，走路径②，曲线，t最小,s不最小。注意:时间最小,不一定路程最小(取决于速度)。

P 1 P

2

路径①

路径②

例1:人要去火车站(见图)。

方法①从A步行到B，路程短，用时却多。

方法②从A步行到C，再坐车到B，路程长，用时却少。

步行速度V

1V

2 >>V

1

汽车速度V

2例2：尽快地将信从A送到B

① 傻瓜路径 ② 经验路径

③ 最小时间路径，满足透射定律：

2

1sin sin V V β

α=

②

A

2．反射定律、透射定律、斯奈尔定律

波遇到两种介质的分界面，就发生反射和透射（注：地震透射、物理折射）。 （1） 反射定律：

反射波位于法平面内，反射角=入射角。

注：法平面——入射线与界面法线构成的平面，也叫入射平面或射线平面。 O S

地面 入射角=反射角与下式等价：

1

1

1sin sin V V αα= （1）

（2） 透射定律

透射线位于法平面内，入射角与透射角满足下列关系：

2

2

1sin sin V V αα= （2） （3） 斯奈尔定律

综合（1）和(2)式，有

P V V V ===2

2

111sin sin sin ααα 这就是斯奈尔定律，P 叫射线参数．．．．。 推广到水平层状介质有：

P V V V n

n ====αααsin ......sin sin 22

11 （6.1-65） 注：斯奈尔定律满足费马原理，上例2中把信由A 送到B 路径③是最小时间路径，它满足透射定律（用高等数学求极值可证明）。 （4）说明：

反射定律中说入射角=反射角是有条件的。即：入射波和反射波是同类波，同时为纵波或同时为横波。 例如：理论和实验均证明：

P 波非垂直入射，将产生反射P 波，透射P 波，反射SV 波，透射SV 波。

地面 透射SV 波 应用斯奈尔定律，有

P V V V V V s p s p p =====2

2

2211111sin sin sin sin sin βαβαα （6.1-66）

虽然反射SV 波是反射波，但1βα≠，即P 波的入射角≠反射SV 波的反射角。 （5） 转换波

当以一种波入射，产生了与入射波不同类型的反射波或透射波，叫转换波。 Note: SH 波没有转换波。P 波和SV 波垂直入射无转换波，非垂直入射有转换波。

O S

地面 S1 地面

地面

透射SV 波

地面

地面

透射SV波

地面

思考：

固体液体

斯奈耳定律描述了入射波、反射波、透射波的射线方向。

(二）诺特方程

1．平面波的反射、透射示意图

当平面纵波P

1

入射到界面上时,

会产生同类反射波P

11，会产生转换反射波P

1

S

1

，

会产生同类透射波P

12，会产生转换透射波P

1

S

2

。

z

P19 图6.1-18 （书上角度错，振动方向错）下面用位函数表示这些波。

2．平面波位移位函数的表达式

α

BC=Zcosα

xsinα+Zcosα

设入射波P

1的位函数：)

cos

sin

(

)

(

1

1

P

P

V

z

x

t

f

A

V

r

t

f

A

α

α

φ

+

-

=

-

=

注：α

αcos

sin z

x

r+

=

则同类反射波P

11的位函数)

cos

sin

(

1

1

1

1

P

V

z

x

t

f

A

R

α

α

φ

-

-

?

=

注：反射波与z轴方向相反

转换反射波P

1S

1

的位函数)

cos

sin

(

1

1

1

1

S

V

z

x

t

f

A

B

β

β

ψ

-

-

?

=

同类透射波P

12的位函数)

cos

sin

(

2

2

2

2

P

V

z

x

t

f

A

T

α

α

φ

+

-

?

=

转换透射波P 1S 2的位函数)cos sin (2

2

202S V z x t f A D ββψ+-

?= (6.1-66A)

其中：系数，称同类波位移位反射入射波的振幅同类反射波的振幅

=

R

系数，称转换波位移位反射入射波的振幅转换反射波的振幅

=

B

系数，称同类波位移位透射入射波的振幅同类透射波的振幅

=

T

系数，称转换波位移位透射入射波的振幅

转换透射波的振幅

=

D

下面要用已知的入射波的位函数φ及界面上的边界条件，表示出1φ、

1ψ、2φ、2ψ，实际上是求出R 、B 、T 、D 。 3．边界条件 （1）4个边界条件

应力连续：界面两侧正应力要相等 界面两侧剪应力要相等

位移连续：界面两侧x 方向上的位移要相等 界面两侧z 方向上的位移要相等 （2）应用4个边界条件，可得到P19的4个方程

]2)21([

]2)()21()

([2

2

22

22222

22

2

222

2

2221221

212

12212121212

1

z

x V

V x V V z V z x V V x V V z V P S P S P P S P S P ???+??-+??=???+?+?-+?+?ψφφρψφφφφρ

]2[])(2[2222222222

2122122121

21z

x z x V z x z x V S S ???+??-??=??+?+??-??φψψρφφψψρ

z x z x ??-??=??-?+?2

211)(ψφψφφ x z x z ??+??=??+?+?2

211)(ψφψφφ (6.1-66B) 物理意义:用位移位函数表示的应力连续和位移连续边界条件。 4．诺特方程

将（6.1-66A ）代入(6.1-66B)，得

???????????

???

???

???

??-=??????????????????????????????????

?

???

?

?????????

--

--1111212

21

2

1122

121

122

1

2

2

122222112221

1221

22

1

111122

1

22

1

11112cos 2sin cos sin 2sin 2cos 2sin 2cos 2cos 2sin 2cos 2sin sin cos sin cos cos sin cos sin βαααβρρβρρβββρραρρβαβαβαβαβαD T B R V V V V V V V V V V V V V V V V V V V V S P S S P P S P S P P P S P S P P P S P

(6.1-67) 这个方程很难解出R 、B 、T 、D ，下面研究垂直入射的情况。 （三）平面波法线入射的情况 1．位移位反射和透射系数

法线入射即α=0，由斯奈尔定律可知：02121=====ββααα，代入(6.1-67)，求解，得

????

????

?+=

+-===11222111221122200P P P P P P P V V V T V V V V R D B ρρρρρρρ (6.1-70) 2．物理意义

（1）平面波垂直入射时，不产生转换波，因为计算结果B=D=0。 （2）位移位透射系数021

1222

1?+=

P P P V V V T ρρρ,说明透射波与入射永远是同相的。

（3）位移位反射系数1

1221

122P P P P V V V V R ρρρρ+-=

①当01122?-P P V V ρρ时，R>0,反射波与入射波同相。 ②当01122?-P P V V ρρ时，R<0,反射波与入射波反相。 ③当01122=-P P V V ρρ时，R=0,无反射波。

④垂直入射时，产生反射波的条件是1122P P V V ρρ≠或12z z ≠，即界面两侧存

在波阻抗差。

3．位移反射系数R d 和透射系数T d

垂直入射没有转换波，故0=ψ

rot

∴k w j v i u k z

j y i x grad rot grad U

++=??+??+??==+=φφφφψφ 注：因垂直入射只有z 分量 0 0 ∴z

w U ??=

=φ

∴入射波在z 方向的位移是z

w ??=

φ 反射波在z 方向的位移是z w ??=

1

1φ 透射波在z 方向的位移是z

w ??=2

2φ 由(6.1-66A),得

入射波的位移位函数：)(1

0P V z t f A -

=φ 注：r 与z 一致。 反射波的位移位函数)(1

01P V z t f A R --

?=φ 注：反射波与z 轴方向相反 透射波的位移位函数)(2

02P V z

t f A T -

?=φ ∴)1)((11'0P P V V z t f A z w --=??=

φ )1

)((1

1'011P P V V z t f RA z w +=??=

φ )1)((2

2'02P P V V z t f TA z w --=??=

φ

R V A V RA w w R P P d -=-==)

1(1

1

01

1的振幅

入射波位移的振幅反射波位移

T V V V A V TA w w T P P P P d ?=--

==2

11

0202)

1()

1(的振幅入射波位移的振幅透射波位移

将(6.1-70)代入上式，得

??????

?+=+-=11221

11

12222112P P P d P P P P d V V V T V V V V R ρρρρρρρ (6.1-71) 5．说明

（四）平面波的倾斜入射

倾斜入射时，有转换波。在界面处各种波的能量分配关系由诺特方程（6.1-67）决定。诺特方程很复杂，要直观地了解这时的能量分配情况，通常采用作图法。 1．对P22两图的说明：

（1）α=0，表示⊥入射，R+T=1,B=D=0,没有转换波。 （2）随着α↗，B 、D 就不再为0，有转换波。

（3）α达到某一角度以后，R 很大，基本没有能量向下透射。

（4）R 的峰值对应着临界角。 （5）P22的b 图，Z 1=Z 2 ，

在α=0时，T=1,R=B=D=0，没有反射波，没有转换波。 随着α↗，R ≠0、B ≠0、D ≠0，有反射波，有转换波。 有波阻抗差才有反射波，只适合于垂直入射的情况。 能量系数 5.02=P V 8.02=ρ

12Z Z ?

10 20 30 40 50 60 70 80 90 α (a) 能量系数 212=P P V V 5.01

2=ρρ

12Z Z =

10 20 30 40 50 60 70 80 90 α (b)

P22 图6.1-19 反射系数与入射角的关系 2．对P23两图的说明： （1）

11

2?P P V V 和112→P P V V

时，曲线变化相对平缓。

（2）

11

2

?P P V V 曲线变化剧烈。 （3）

12ρρ对R 的影响没有12P P V V 对R 的影响大，所以有时近似用121

2V V V V R +-=求反射系数。

R

2

P V 为参数

(a) R 1

2

ρρ为参数

10 20 30 40 50 60 70 80 90 α (b)

P23 图6.1-20 反射系数与12P P V V 、1

2ρρ

的关系 总结：

（1）斯奈尔定律指出各种波在界面处的传播方向。 （2）诺特方程指出各种波在界面处的能量分配关系。 （4） 垂直入射时，入射能量为单位1，

反射系数1

1221

122P P P P V V V V R ρρρρ+-=

，

透射系数1

1221

12P P P V V V T ρρρ+=

。

二、球面波的反射、透射以及折射波（首波）的形成 1．问题的提出

上面研究了平面波的反射及透射，平面波的入射角α是恒定的。这与实际情况有差异。

球面波与实际情况相近，球面波向界面入射时，沿界面上每一点的入射角α是变化的。这会产生什么结果呢？ 2．讨论V P2>V P1的情况

（1）入射角<临界角，满足斯奈尔定律，则有

z

P19 图6.1-18 （书上角度错，振动方向错）

P V V V V V s p s p p =====2

2

2211111sin sin sin sin sin βαβαα （6.1-66） 12P P V V ?

∴随着入射角α↗，总会出现α2=900的时候，有

入射角=临界角时 20

190sin sin p p V V =

α 2

1sin p p V V =

α

临界角)(

sin 2

11p p PP V V i -=

（2） 入射角>临界角i PP 之后，为满足斯奈尔定律，必须有1sin 2?α。

在实数域sin α2只能在0-1之间，只有在复数域才有1sin 2?α。 设透射谐波的位移为：

)]cos sin (exp[)

cos sin (exp[22122

2

21212ααωααωkz kx t j A V z x t j A u P P P P --=+-

=

)]

cos sin (exp[)]cos sin (exp[22221ααωααωkz kx t j C kz kx t j A T P --?=--?= 注：2

P V k ω

=

(6.1-77) 注：1P A T C ?= 当1sin 2?α时，则jm ±=-=222sin 1cos αα (6.1-78) 用诺特方程解出的T 为复数， ∴1P A T C ?=为复数， 设φj e C C '=， (6.1-79) 将(6.1-78)、(6.1-79)代入(6.1-77)，得

)]sin (ex p[)ex p(2'12φαω+-±?=kx t j kzm C u P (6.1-80)

指数函数取负号，代表随Z ↗，U P12的振幅↘。

指数函数取正号，代表随Z ↗，U P12的振幅↗，不合物理意义，舍去。 则(6.1-80)成为：

)]sin (ex p[)ex p(2'12φαω+--?=kx t j kzm C u P (6.1-81)

（3）式（6.1-81）的物理意义：

①在入射角大于临界角以后，透射波沿X 轴传播，形成滑行波。

②透射波的相位比入射波超前φ,即透射波超前传播。

③滑行波比入射波超前，滑行波以V

P2的速度沿X方向传播，又因为V

P2

>V

P1

,

导致滑行波的波前面与反射波和入射波的波前面相脱离。

④在入射角大于临界角以后，滑行波的能量都集中在界面附近，它的动能不断向上转化形成折射波的能量。

⑤要形成折射波，必须满足V

P2>V

P1

。

⑥只有当入射角≥临界角才能形成折射波，所以折射波有盲区。

滑行波

⑦类似地可知，当V

S2>V

S1

,在界面上形成折射横波。

单缝衍射实验和电磁波反射和折射实验

电磁场与微波测量实验报告 学院：电子工程学院 班级： 组员： 撰写人： 实验一电磁波反射和折射实验 一、实验目的

1、熟悉S426型分光仪的使用方法 2、掌握分光仪验证电磁波反射定律的方法 3、掌握分光仪验证电磁波折射定律的方法 二、实验设备与仪器 S426型分光仪 三、实验原理 电磁波在传播过程中如遇到障碍物，必定要发生反射，本处以一块大的金属板作为障碍物来研究当电磁波以某一入射角投射到此金属板上所遵循的反射定律，即反射线在入射线和通过入射点的法线所决定的平面上，反射线和入射线分居在法线两侧，反射角等于入射角。 四、实验内容步骤 1、熟悉分光仪的结构和调整方法。 2、连接仪器，调整系统。 仪器连接时，两喇叭口面应相互正对，它们各自的轴线应在一条直线上，指示 两喇叭的位置的指针分别指于工作平台的90刻度处，将支座放在工作平台上， 并利用平台上的定位销和刻线对正支座，拉起平台上的四个压紧螺钉旋转一个 角度后放下，即可压紧支座。 3、测量入射角和反射角 反射金属板放到支座上时，应使金属板平面与支座下面的小圆盘上的某一对刻 线一致。而把带支座的金属反射板放到小平台上时，应使圆盘上的这对与金属 板平面一致的刻线与小平台上相应90度的一对刻线一致。这是小平台上的0刻 度就与金属板的法线方向一致。 转动小平台，使固定臂指针指在某一角度处，这角度读书就是入射角。 五、实验步骤 1、仪器连接时，两喇叭口面应互相正对，它们各自的轴线应在一条直线上。指 示两喇叭位的指针应分别指示于工作平台的1800和刻度处。

2、将支座放在工作平台上，并利用平台上的定位鞘和刻线对正支座，拉起平 台上四个压紧螺钉旋转一个角度后放下，将支座压紧。 3、将反射金属板放在支座上时，应使金属板平面与支座下面的小圆盘上的900 和-900这对刻线一致。这时小平台上的0刻度就与金属板的法线方向一致。 4、转动小平台，将固定臂指针调到300～650角度之间任意一位置，这时固定 臂指针所对应刻度盘上指示的刻度就是入射角的读数。 5、开启DH1121B型三厘米固态信号源。 6、转动活动臂，当表头显示出最大指示时，活动臂指针所对应刻度盘上指示 的刻度就是反射角的读数。如果此时表头指示太大或太小，应调整系统发射端 的可变衰减器，使表头指示接近满量程。 7、根据不同极化方式，连续选取几个入射角进行实验，并在表中记录反射角。 六、实验结果及分析 记录实验测得数据，验证电磁波的反射定律 表格分析： （1）、从总体上看，入射角与反射角相差较小，可以近似认为相等，验证了电磁波的反射定律。 （2）、由于仪器产生的系统误差无法避免，并且在测量的时候产生的随机误差，所以入射角不会完全等于反射角，由差值一栏可以看出在55度左右的误差最小。越向两边误差越大，说明测量仪器在55度的入射角能产生最好的特性。 2、观察介质板（玻璃板）上的反射和折射实验 将金属换做玻璃板，观察、测试电磁波在该介质板上的反射和折射现象，自行设计实验步骤和表格，计算反射系数和透射系数，验证透射系数和反射系数相加是否等于1 。 注：初始入射光强为100uA，角度单位为:° （1）、在开始测量时把最大值设为满量程即100uA. （2）、反射最大值与折射最大值之和要大于100uA，根据分析，应该是当两喇叭天线正对时，虽然接受天线的值是100uA，但是发射天线发射的电磁波没有全部到达接受天线，所以发射天线发射的电磁波应该大于100uA。实验结果总体上证实了反射系数与折射系数的和为1。

地震反应谱分析实例

结构地震反应谱分析实例 在多位朋友的大力帮助下，经过半个多月的努力，鄙人终于对结构地震反应谱分析有了一定的了解，现将其求解步骤整理出来，以便各位参阅，同时，尚有一些问题，欢迎各位讨论！ 为叙述方便，举一简单实例： 在侧水压与顶部集中力作用下的柱子的地震反应谱分析，谱值为加速度反应谱，考虑X与Y向地震效应作用。已知地震影响系数a与周期T的关系： a(T)= 0.4853*(0.4444+2.2222*T) 0

!进行模态求解 ANTYPE,MODAL MODOPT,LANB,30 SOLVE FINISH !进行谱分析 /SOLU ANTYPE,SPECTR SPOPT,SPRS,30,YES SVTYP,2 !加速度反应谱 SED,1,1 !X与Y向 FREQ,0.2500,0.2632,0.2778,0.2941,0.3125,0.3333,0.3571,0.3846,0.4167 FREQ,0.4545,0.5000,0.5556,0.6250,0.7143,0.8333,1.1111,2.0000,10.0000 FREQ,25.0000,1000.0000 SV,0.05,0.0797,0.0861,0.0934,0.1018,0.1114,0.1228,0.1362,0.1522,0.1716 SV,0.05,0.1955,0.2255,0.2642,0.3152,0.3851,0.4853,0.4853,0.4853,0.4853 SV,0.05,0.2588,0.2167 SOLVE FINISH !进行模态求解(模态扩展) /SOLU ANTYPE,MODAL EXPASS,ON MXPAND,30,,,YES,0.005 SOLVE FINISH !进行谱分析(合并模态) /SOLU ANTYPE,SPECTR SRSS,0.15,disp SOLVE FINISH /POST1 SET,LIST !结果1 /INP,,mcom

实验一：电磁波反射和折射实验

实验一：电磁波反射和折射实验

电磁场与微波测量第一次实验 ——电磁场与微波测量实验 2017-3-11 院系：电子工程学院 班级：2014211201 组号：7组 组员：梁嘉琪（报告）李婉婷 学号：2014210819 2014210820

实验一：电磁波反射和折射实验 一、实验目的 1、熟悉S426型分光仪的使用方法。 2、掌握分光仪验证电磁波反射定律的方法。 3、掌握分光仪验证电磁波折射定律的方法。 二、实验设备与仪器 S426型分光仪 三、实验原理 电磁波在传播过程中如遇到障碍物，必定要发生反射，本处以一块大的金属板作为障碍物来研究当电磁波以某一入射角投射到此金属板上所遵循的反射定律，即反射线在入射线和通过入射点的法线所决定的平面上，反射线和入射线分居在法线两侧，反射角等于入射角。 验证均匀平面波在无耗媒质中的传播特性；均匀平面波垂直入射理想电解质表面的传播特性。 四、实验内容与步骤 1、熟悉分光仪的结构和调整方法。 2、连接仪器，调整系统。 仪器连接时，两喇叭口面应互相正对，他们各自的轴线应在一条直线上。指示两喇叭的位置

的指针分别指于工作平台的90刻度处，将支座放在工作平台上，并利用平台上的定位销和刻线对正支座（与支座上刻线对齐）拉起平台上四个压紧螺钉旋转一个角度放下，即可压紧支座。 3、测量入射角和反射角 反射金属板放到支座上时，应使金属板平面与支座线面的小圆盘上的某一对刻线一致。而把带支座的金属反射板放到小平台上时，应使圆盘上的这对与金属板平面一致的刻线与小平台上相应90刻度的一对刻线一致。这时小平台上的0刻度就与金属板的法线方向一致。 转动小平台，使固定臂指针指在某一角度处，这角度的读数就是入射角，然后转动活动臂在电流表上找到最大指示处，此时活动臂的指针所指的刻度就是反射角。如果此时表头指示太呆或太小，应调整衰减器、固态振荡器或晶体检波器，使表头指示接近满量程。 4、注意： 做此项实验，入射角最好取30至65度之间。因为入射角太大接受喇叭有可能直接接受入射波。注意系统的调整和周围环境的影响。

反应谱理论与人工模拟地震波技术简介

第３３卷第２６期?１０６?２００７年９月山西建筑 ＳＨＡＮＸＩＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｖｄ３３Ｎｏ．２６ Ｓｅｐ．２００７ 文章编号：１００９—６８２５｛２００７）２６—０１０６—０３ 反应谱理论与人工模拟地震波技术简介 邱玉国王玉富 摘要：介绍了反应谱理论的发展历程和国内外研究现状，分析了研究问题的思路，指出了利用反应谱理论来解决实际工程时遇到的问题，并简单介绍了国外对人工模拟地震波技术的应用和研究，为抗震理论提供了参考依据。 关键词：反应谱理论，地震波，随机振动，非弹性地震波 中图分类号：ＴＵ３５２文献标识码：Ａ １概述 反应谱理论是建筑结构抗震设计的重要理论基础之一。从２０世纪５０年代开始，反应谱理论逐渐成为结构抗震设计的重要方法，经过５０多年的发展，目前这种方法已经为世界上大多数国家的设计规范所采用。但是，由于地震产生机理和作用效果的复杂性，采用反应谱理论进行分析和设计与工程实践还存在很多与实际不相符合之处。此外，对于反应地震重要特性的时间问题，反应谱法也无能为力。 人工模拟地震波技术是近年来才发展起来的一项新的结构抗震设计的技术手段，目前主要用于计算机模拟和特别重要结构模型的振动台试验。它能够通过模拟地震波的特性来用于对结构进行时程分析，是～种新兴的、具有革命性意义的试验手段。 图２数值模拟结果２．３计算结果分析 通过数值模拟和试验得到瓦斯管承载力等数值如表２所示。 表２数值模拟和试验结果 Ｉ研究方法承载力仆但ａ最大应变／％最大剪应力／ＳＰａＩ数值模拟７．１４Ｏ．０８４２１６０室内试验６．６２０．０９６４ ３结语 通过对丁集煤矿瓦斯管材质和整体抗外压的试验研究以及数值模拟分析，可以获得如下重要结论： １）通过对管材材质的试验研究表明：工作管材质采用Ｑ３４５，尺寸为柘３０ｒｆｌｌＴｌ×１４ｉｎｌｎ，能够满足强度和稳定性要求。 ２）瓦斯管整体抗外压试验结果表明：工作管抗外压承载力为６，６２ＭＰａ；通过大变形有限元数值计算，采用变形稳定性控制其承载力，结果为７．１４ＭＰａ，两者数值十分接近，说明用文中方法模拟大直径瓦斯管的承载力是可行的。 参考文献： ［１］李正来．瓦斯抽排钻孔定向技术的改进［Ｊ］．安徽科技，２００６（３）：４９—５０． ［２］汪东生．瓦斯抽排技术治理本煤层采空区瓦斯涌出的实践［Ｊ］．煤矿安全，２００６（１）：１３—１５． ［３］张敦伍，任胜杰．瓦斯抽排钻孔防偏斜实践［Ｊ］．矿业安全与环保，２００５（８）：６７—６８． ［４］刘克功，范再良，赵新华．采空区瓦斯抽排法治理综放面瓦斯超限［Ｊ］．煤，１９９８（２）：４８—５０． Ｓｔｕｄｙｉｎｇｏｎｒａｄｉａｌｓｔａｂｉｌｉｔｙｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｌａｒｇｅｐｉｐｅｉｎｍｉｎｅ ＴＯＮＧＷｅｎ－ｌｉｎ Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌａｎｄｖａｌｕｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｈａｖｅｓｔｕｄｉｅｄｔｈｅＤｉｎｇｉｉｃｏａｌｍｉｎｅｌａｒｇｅｄｉａｍｅｔｅｒｇａｓｔｕｂｅｕｎｄｅｒｍｅｃｈａｎｉｃｓｃｈａｒａｃｔｅｒ—ｉｓｔｉｅ．Ｒｅｓｕｌｔｉｎｄｉｃａｔｅｄ：ｔｈｅｌａｒｇｅｄｉａｍｅｔｅｒｇａｓｔｕｂｅｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｓｔａｂｉｌｉｔｙｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｌｉｎｅｎｃｉｒｃｌｅｓｐｒｅｓｓｅｓｓｈａｐｅ，ｉｔｓｓａｆｅｔｙｆａｃｔｏｒｒｅａｃｈｅｓ３．０，ｉｔｉｓｄｅｓｉｇｎｔｈｅｌａｒｇｅｄｉａｍｅｔｅｒｇａｓｔｕｂｅａｎｄｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｐｍｖｉｄｅｓｔｈｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌａｒｇｅｄｉａｍｅｔｅｒｇａｓｔｕｂｅ，ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｉｎｌａｂ，ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｓｔａｂｉｌｉｔｙｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｌ 收稿日期：２００７．０４．０６ 作者简介：邱玉国（１９７３。），男，工程师，辽宁工程技术大学软件学院，辽宁阜新１２３０００ 王玉富（１９７０．），男，工程师，中铁十九局集团第三工程有限公司，辽宁辽阳１１１０００

人工地震波生成程序简介

姓名：郭勇 学号：022******* 人工地震波生成程序简介 一、程序设计内容及方法 1、程序内容 本程序根据特征周期、水平地震波影响系数最大值和地震波幅值等初始条件生成人工地震波，为结构动力分析的时程分析法提供地震波来源。 2、程序设计方法 (1) 理论依据 本程序采用三角级数法生成人工地震波。 对于给定的功率谱密度函数，按照下面的公式可以方便的生成以为功率谱密度函数、均值为零的高斯平稳过程。 (1) 式中： (2) 为内均匀分布的随机相角；，分别为正域内的上、下限值，即认为的有效功率在范围内，而范围外的值可视为零。 为了反映地面运动的非平稳性，采用包络函数乘以平稳过程， (3) (3)式即为人工地震波模型。 可根据下式确定： (4) 式中：为衰减系数，通常取值范围为0.1~1.0，本程序取0.15；，和根据不同实际情况取值，为地震波持时，本程序取，分别为4s，15s，和均为40s。 本程序采用《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)中的反应谱作为目标谱，通过Kaul 提出的平稳过程反应谱与功率谱的近似关系 (5) 式中：为规范反应谱；为阻尼比；为地震动持时；为反应不超过反应谱值的概率，本程序取0.85。通过(3)式和(5)式即可生成人工地震波。 (2) 程序实现方法 首先建立基于对话框的应用程序框架，添加的主要控件为3个编辑框和4个按钮。3个编辑框分别作为程序中的特征周期(对应成员变量为m_dTg)、水平地震影响系数最大值(对应成员变量为m_dAmax)和地震波幅值(对应成员变量为m_pd)3个数据的交互输入处；4个按钮分别为"生成地震波"、"输出地震波"、"输入地震波"和"退出"。 添加的成员函数有：Wavegener()(生成地震波)、Wavedrawing()(绘制地震波加速度时程曲线)、OnSTART()(对应"生成地震波"按钮，实现生成地震波的功能)、OnOutput()(对应"输出地震波"按钮，实现输出数字化的地震波记录的功能)和OnInput(对应"输入地震波"按钮，实现输入数字化的地震波记录并绘制其加速度时程曲线的功能)。 几点说明： a 生成随机相角的程序如下： srand((unsigned)time( NULL ));

习题答案 第6章 平面电磁波的反射与折射

第6章 平面电磁波的反射与折射 6.1/ 6.1-1 电场强度振幅为0i E =0.1V/m 的平面波由空气垂直入射于理想导体平面。试求： (a)入射波的电、磁能密度最大值； (b)空气中的电、磁场强度最大值； (c)空气中的电、磁能密度最大值。 [解] (a) 314/10427.4m J w eM -?= 31410427.4m J w m M -?= (b) m V E /2.01= m A H /103.541-?= (c) 313/107708.1m J w eM -?= 313/107708.1m J w m M -?= 6.2/ 6.1-2 均匀平面从空气垂直入射于一介质墙上。在此墙前方测得的电场振幅分布 如题图6-1所示，求： (a)介质墙的)1(=r r με； (b)电磁波频率f 。 [解] (a) 9=r ε (b) M H z Hz f 75105.77 =?= 6.3/ 6.1-3 平面波从空气向理想介质（ r μ=1，σ=0）垂直入射，在分界面上0E =16V/m ， 0H =0.1061A/m 。试求： (a)理想介质（媒质2）的r ε； (b)i E ，i H ，r E ，r H ，t E ，t H ； (c) 空气中的驻波比S 。 [解] (a) 25.6=r ε (b) ()0010,/2811εμω===--k m V e e E E z jk z jk i i ()m A e e E H z jk z jk i i /0743.0377 28110 --== = η

()()() m A e e H H k k k m V e e E E m A e e E H m V e e RE E z jk z jk t t r z jk z jk t t z jk z jk r r z jk z jk i r /1061.05.2,/16/0318.0377 12) /(122222111101122200 0----+========= = -==εεμωη (c) 5.2429 .01429 .0111=-+= -+= R R S 6.4/ 6.1-4 当均匀平面波由空气向理想介质（1=r μ，σ=0）垂直入射时，有96%的入射功率输入此 介质，试求介质的相对介电常数r ε。 [解] 25.2=r ε 6.5/ 6.1-5频率为30MHz 的平面波从空气向海水（r ε=81，1=r μ，σ=4/S/m ）垂直入射。在该频率上 海水可视为良导体。已知入射波电场强度为10mV/m ，试求以下各点的电场强度： (a)空气与海水分界面处； (b)空气中离海面2.5m 处； (c)海水中离海面2.5m 处。 [解] (a) ()m V TE E E i t /1003.4102.440403.02.4442000 ∠--?=?∠=== (b) ( )() ()m mV j E j z k E j e e E e E E i i z jk z jk i z jk z jk i /202sin 2Re 010*******==-=-≈+=∴-- (c ） 2.445.28.215.28.21402100 3.422j j z j z t e e e e e E E ?-?----?==βα () ()m V /)4.198(1064.82.446.312210143.21003.428244 -∠?=+-∠???=--- 6.6/ 6.1-6 10GHz 平面波透过一层玻璃（r ε=9，1=r μ）自室外垂直射入室内，玻璃的厚度为4mm ， 室外入射波场强为2V/m ，求室内的场强。 [解] ()951 .0309.0465.0816212144288 144 3j e e e E j j j i +-=?-?= --- ()()m V /6.12957.14.148.31446 -∠=∠-∠= ()()m A E H i i /6.1291016.4377 6.1295 7.130 3 3-∠?=-∠= = -η

抗震设计中反应谱的应用

抗震设计中反应谱的应用 一．什么是反应谱理论 在房屋工程抗震研究中，反应谱是重要的计算由结构动力特性所产生共振效应的方法。它的书面定义是“在给定的地震加速度作用期间内，单质点体系的最大位移反应、速度反应和加速度反应随质点自振周期变化的曲线。用作计算在地震作用下结构的内力和变形”，反应谱理论考虑了结构动力特性与地震动特性之间的动力关系，通过反应谱来计算由结构动力特性（自 振周期、振型和阻尼）所产生的共振效应，但其计算公式仍保留了早期静力理论的形式。地震时结构 所受的最大水平基底剪力，即总水平地震作用为： FEK = kβ(T)G 式中，k为地震系数，β(T)则是加速度反应谱Sa(T)与地震动最大加速度a的比值，它表示地震 时结构振动加速度的放大倍数。 β(T)=Sa(T)/a 反应谱理论建立在以下基本假定的基础上：1)结构的地震反应是线弹性的，可以采用叠加原理进行振型组合；2)结构物所有支承处的地震动完全相同：3)结构物最不利地震反应为其最大地震反应：4)地震动的过程是平稳随机过程。 二．实际房屋抗震设计中的应用 为了进行建筑结构的抗震设计，必须首先求得地震作用下建筑结构各构件的内力。一般而言，求解建筑结构在地震作用下构件内力的方法主要有两种，一种是建立比较精确的动力学模型进行动力时程分析计算，这种方法比较费时费力，其精确度取决于动力学模型的准确性和所选取地震波是否适当，并且对于工程技术人员来说，这种方法不易掌握；第二种方法是根据地震作用下建筑结构的加速度反映，求出该结构体系的惯性力，将此惯性力作为一种反映地震影响的等效力，即地震作用，然后进行抗震计算，抗震规范实际上采用了第二种方法，即地震作用反应谱法。实践也证明此方法更适合工程技术人员采用。 由于目前抗震规范中的地震作用反应谱仅考虑结构发生弹性变形情况下所得的反应谱，因此当结构某些部位发生非线性变形时，抗震规范中的反应谱就不能适用，而应采用弹塑性反应谱来进行计算。因此选用合适的弹塑性反应谱并提出适当的地震作用计算方法在我国抗震设计中具有重要的现实意义。弹塑性反应谱种类繁多，主要包括等延性强度需求谱和等强度延性需求谱，其实质是确定强度折减系数R，延性系数μ，以及结构周期T之间的关系。下面就普通房屋设计中的弹塑性反应谱设计来举例说明。 反应谱是指单自由度体系对于某地面运动加速度的最大反应与体系的自振特性(自振周期和阻尼比)之间的函数关系。抗震规范中所采用的弹性反应谱如图1所示?，它是在计算了大量地面运 动加速度的基础上，确定地震影响系数α与特征周期T之间关系的曲线

反应谱生成人工地震波

反应谱生成人工地震波 一、软件SIMQKE_GR使用说明 1.先安装程序 2.使用方法 双击，打开程序，可以得到如图1界面。 图1 程序开始界面 如图1所示，由于程序本身提供的反应谱是适用于欧洲规范的，不适合于我国的规范反应谱，因此不能通过调整参数来获得符合我国规范的反应谱。可以采用导入的方法来输入反应谱。 3.点击菜单栏“file”—“Import spectra data”，出现打开对话框，如图2所示， 要求打开一个已经存在的反应谱文件（如 1.srf）。

图2 导入反应谱文件对话框 4.文件格式如下所示（红字部分不能修改，注意反应谱单位为g），下面部分 可以替换。 response spectrum time(s) acc(g) 0 0.1215 0.01 0.13635 0.02 0.1512 0.03 0.16605 0.04 0.1809 0.05 0.19575 0.06 0.2106 0.07 0.22545 0.08 0.2403 0.09 0.25515 0.1 0.27 0.15 0.27 0.2 0.27 0.25 0.27 0.3 0.27 0.35 0.27 0.4 0.27 0.45 0.27

0.5 0.243 0.6 0.2025 0.7 0.173571429 0.8 0.151875 0.9 0.135 1 0.1215 1.1 0.110454545 1.2 0.10125 1.3 0.093461538 1.4 0.086785714 1.5 0.081 1.6 0.0759375 1.7 0.071470588 1.8 0.0675 1.9 0.063947368 2 0.06075 2.1 0.057857143 2.2 0.055227273 2.3 0.052826087 2.4 0.050625 2.5 0.0486 2.6 0.046730769 2.7 0.045 2.8 0.043392857 2.9 0.041896552 3 0.0405 3.1 0.039193548 3.2 0.03796875 3.3 0.036818182 3.4 0.035735294 3.5 0.034714286 3.6 0.03375 3.7 0.032837838 3.8 0.031973684 3.9 0.031153846 4 0.030375 4.1 0.029634146 4.2 0.028928571 4.3 0.028255814 4.4 0.027613636 4.5 0.027 4.6 0.026413043 4.7 0.025851064 4.8 0.0253125

抗震设计中反应谱的应用

抗震设计中反应谱的应用 一．什么就是反应谱理论 在房屋工程抗震研究中,反应谱就是重要的计算由结构动力特性所产生共振效应的方法。它的书面定义就是“在给定的地震加速度作用期间内,单质点体系的最大位移反应、速度反应与加速度反应随质点自振周期变化的曲线。用作计算在地震作用下结构的内力与变形”,反应谱理论考虑了结构动力特性与地震动特性之间的动力关系,通过反应谱来计算由结构动力特性(自振周期、振型与阻尼)所产生的共振效应,但其计算公式仍保留了早期静力理论的形式。地震时结构所受的最大水平基底剪力,即总水平地震作用为: FEK = kβ(T)G 式中,k为地震系数,β(T)则就是加速度反应谱Sa(T)与地震动最大加速度a的比值,它表示地震时结构振动加速度的放大倍数。 β(T)=Sa(T)/a 反应谱理论建立在以下基本假定的基础上:1)结构的地震反应就是线弹性的,可以采用叠加原理进行振型组合;2)结构物所有支承处的地震动完全相同:3)结构物最不利地震反应为其最大地震反应:4)地震动的过程就是平稳随机过程。 二．实际房屋抗震设计中的应用 为了进行建筑结构的抗震设计,必须首先求得地震作用下建筑结构各构件的内力。一般而言,求解建筑结构在地震作用下构件内力的方法主要有两种,一种就是建立比较精确的动力学模型进行动力时程分析计算,这种方法比较费时费力,其精确度取决于动力学模型的准确性与所选取地震波就是否适当,并且对于工程技术人员来说,这种方法不易掌握;第二种方法就是根据地震作用下建筑结构的加速度反映,求出该结构体系的惯性力,将此惯性力作为一种反映地震影响的等效力,即地震作用,然后进行抗震计算,抗震规范实际上采用了第二种方法,即地震作用反应谱法。实践也证明此方法更适合工程技术人员采用。 由于目前抗震规范中的地震作用反应谱仅考虑结构发生弹性变形情况下所得的反应谱,因此当结构某些部位发生非线性变形时,抗震规范中的反应谱就不能适用,而应采用弹塑性反应谱来进行计算。因此选用合适的弹塑性反应谱并提出适当的地震作用计算方法在我国抗震设计中具有重要的现实意义。弹塑性反应谱种类繁多,主要包括等延性强度需求谱与等强度延性需求谱,其实质就是确定强度折减系数R,延性系数,以及结构周期T之间的关系。下面就普通房屋设计中的弹塑性反应谱设计来举例说明。 反应谱就是指单自由度体系对于某地面运动加速度的最大反应与体系的自振特性(自振周期与阻尼比)之间的函数关系。抗震规范中所采用的弹性反应谱如图1所示? ,它就是在计算了大量地面运动加速度的基础上,确定地震影响系数与特征周期T之间关系的曲线

人工地震动生成程序

clear clc close all hidden %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% fni=input('生成人工地震波-输入数据文件名(20041012):','s'); fid=fopen(fni,'r'); fs=fscanf(fid,'%f',1);%采样频率 tu=fscanf(fid,'%f',1);%上升时间长度 %上升时间包络线线形(1-直线、2-抛物线、3-指数曲线) iu=fscanf(fid,'%f',1); %上升时间包络线线形参数（只有指数曲线需要具体参数，其均为1） cu=fscanf(fid,'%f',1); ta=fscanf(fid,'%f',1);%持时时间长度 td=fscanf(fid,'%f',1);%下降时间长度 %下降时间包络线线形(1-直线、2-抛物线、3-指数曲线) id= fscanf(fid,'%f',1); %下降时间包络线线形（只有抛物线，指数曲线需要具体参数，其余为1） cd=fscanf(fid,'%f',1); dp=fscanf(fid,'%f',1);%阴尼比值 p=fscanf(fid,'%f',1);%概率系数（一般可取P=0.85） nn=fscanf(fid,'%f',1);%迭代次数 fno=fscanf(fid,'%f',1);%输出数据文件名

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %对目标反应谱取值 x=fscanf(fid,'%f',[2,inf]);%反应谱频率和幅值数据 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% tatus=fclose(fid); %计算生成地震波的数据长度 tl=tu+ta+td; %计算生成地震波的数据长度 nt=round(fs*tl+1); %大于并最接近nt的2的幂次方为FFT长度 nfft=2^nestpow2(nt) %计算频率间隔（Hz） df=fs/nfft %定义反应谱的离散频率向量 f=0:df:(nfft/2-1)*df %计算时间间隔（s） dt=1/fs; %定义的离散时间向量 t=0:dt:(nt-1)*dt %生成0到2PI的随机数为随机相位 g=rand(1,nfft/s)*2*pi; %建立时间包络线 %建立与地震波长度相同元素为1的向量 en=ones(1,nt); %上升时间阶段 %确定上升时间段的长度 l=round(tu*fs)+1 %产生上升时间段的包络线数组元素 switch iu case 1 %直线 en(1:l)=linspace(0,1,1);% y = linspace(a,b,n) generates a row vector y of n points linearly

电磁波反射与折射的研究

电磁波反射和折射的研究 实验目的 1. 研究电磁波在良导体表面的反射； 2.研究电磁波在良介质表面的反射和折射； 3.研究电磁波全反射和全折射的条件。 ■*■. 实验原理： 1 .电磁波斜入射到不同介质分界面上的反射和折射 如图1所示，平行极化的均匀平面波以角度入射到良介质表面时，入射波、反射波和折射波可用下列式子表示为 i 图1.平行极化波的斜入射示意图 入射波： jk1(xsin zcos ) E E m (3x cos a z sin )e E m jk i(xsin a y —e zcos ) 反射波: R〃E —( a x cos jk i(xsin zcos ) a z sin )e 折射波: R//E— a y --------------- e jk i (xsin zcos ) E t T〃E—(a x cos a z sin jk2(xs in )e zcos ) H t z cos ) jk2 (xsin e

1 cos 2 cos 1 cos 2 cos 类似地，可求出垂直极化波的反射系数和折射系数: 2 cos 1 cos 2 cos 1 cos 2 2 cos 2 cos 1 cos 2.全折射发生的条件： 全折射也即没有反射波，发生全折射的条件可通过令反射系数为零得到。 (1) 对平行极化情形，令R 〃 0，可得全折射时的入射角： 该入射角称为布儒斯特角。可以证明，此时的折射角 90 P 。可见，若电磁波以角 度P 入射到厚度为d 的介质板表面，则 i I ~~ sin cos P \ 1 2 这正是电磁波由 2到1的全折射条件。因此， 当电磁波以布儒斯特角从介质板的一侧 入射时，在介质板的另一侧可接收到全部信号。如图 2所示。 对垂直极化波，类似的推导结果表明，其不会发生全折射现象。 式中， 1 k i 11 , k 2 利用分界面上(z = 0 )电场和磁场切向分量连续的边界条件，可得斯耐尔反射定律: 和斯耐尔折射定律: sin sin 并计算出平行极化波的反射系数 R /和折射系数T / : R // 1 cos 2 cos T // 2 2 cos sin tan k 1 k 2 1 2 0时 1 1 1 ■ 2

上海地震波-三向输入选取(说明)m

上海地区抗震设计输入地震时程说明 （共8页） 同济大学房结构工程与防灾研究所 二〇一二年六月

目录 1 天然地震时程选取原则 (3) 2 峰值调整 (3) 3 频谱特性 (3) 4 地震动持时 (3) 5 人造地震动生成的方法 (3) 6 目标反应谱的确定 (4) 7 所选地震时程的基本信息 (4) 8 地震时程反应谱与规范反应谱对比 (5)

上海地区抗震设计输入地震时程说明 1 天然地震时程选取原则 天然地震动具有很强的随机性，随着输入地震波的不同结构的地震响应也会有很大的差异，故要保证时程分析结果的合理性，在选择地震波时必须遵循一定的原则。一般而言，选择输入地震波时应以地震波的三要素（峰值、频谱特性、地震动持时）为主要考虑因素。 2 峰值调整 地震波的峰值一定程度上反应了地震波的强度，因此要求输入结构的地震波峰值应与设防烈度要求的多遇地震或罕遇地震的峰值相当（峰值相当并非峰值相等，而是在峰值相近的情况下所选用地震波的反应谱与规范反应谱基本相符）。 3 频谱特性 频谱是地面运动的频率成分及各频率的影响程度。它与地震传播距离、区域、介质及结构所在的场地土性质有密切关系。一般来说，在震中附近或岩石等坚硬场地土中，地震波中的短周期成分较多，在震中距较远或软弱场地土中，地震波的长期成分较多。输入地震波的卓越周期应尽可能与拟建场地的特征周期一致，且在一定的周期段内与规范反应谱尽量接近。对于天然地震记录而言，3个方向地震波同时都与规范反应谱很接近的条件是很难满足的，但应保证至少一个水平向地震波反应谱与规范反应谱基本吻合。 4 地震动持时 地震持时也是结构破坏和倒塌的重要因素，工程实践中确定地震动持续时间的原则是：1）地震记录最强烈部分应包含在所选持续时间内，2）若对结构进行弹塑性地震反应分析（考虑累计损伤效应），持续时间可取长些。另外，在截取地震波时尚需注意尽量在速度/位移零点处截断以尽量避免加速度积分时速度或位移的``漂移''现象。 5 人造地震动生成的方法 工程中较为实用的人造地震动的生成方法主要有两种：一是将不同频率具有随机相位的三角波进行叠加并根据目标反应谱或功率谱进行迭代修正；二是选择满足场地条件等要求的天然地震记录，保留其相位等随机特征，然后修正其不同频段的幅值以逼近目标反应谱或功率谱。由于三个方向地震动间的随机相关性关系很复杂，采用三角波叠加的方法生成地震波时各方向地震波的相关性难以确定，故本文采

地震反应谱

地震反应谱及其应用 在地震中，由于建筑物会产生位移、速度和加速度。人们把不同周期下建筑物反应值的大小画成曲线，这些曲线就称为反应谱。在《工程抗震术语标准》（JGJ/T 97-95）中对反应谱的相关描述如下：反应谱，是指在给定的地震震动作用期间，单质点体系的最大位移反应、最大速度反应或最大加速度反应随质点自振周期变化的曲线。设计反应谱，是指结构抗震设计所采用的反应谱。楼面反应谱，是指对于给定的地震震动，由结构中特定高程的楼面反应过程求得的反应谱。反应谱特征周期，是指与设计反应谱曲线下降段起点对应的周期。 在一般条件下，随周期的延长，位移反应谱为上升的曲线；速度反应谱比较恒定；而加速度的反应谱则大体为下降的曲线。一般说来，设计的直接依据是加速度反应谱。加速度反应谱在周期很短时有一个上升段，对于高层建筑其基本自振周期则一般不在这一区段，当建筑物自震周期与场地的特征周期接近时，出现峰值，随后逐渐下降。出现峰值时的周期与场地的类型有关，按照有关规定：I类场地约为0．1～0．2s；Ⅱ类场地约为0．3～0．4s；Ⅲ类场地约为0．5～0．6s；Ⅳ类场地约为0．7～1．0s。

衡量地震作用强烈程度目前常用地面运动的最大加速度Ama x作为标志，它就是建筑物抗震设计时的基础输人最大加速度，其单位为重力加速度g （9.81m/s)。 反应谱理论考虑了结构动力特性与地震动特性之间的动力关系，通过反应谱来计算由结构动力特性（自振周期、振型和阻尼）所产生的共振效应。地震时结构所受的最大水平基底剪力，即总水平地震作用为： F = kβ(T)G 式中，k为地震系数，β(T)则是加速度反应谱Sa(T)与地震动最大加速度a 的比值，它表示地震时结构振动加速度的放大倍数。 β(T)=Sa(T)/a 局限性： 1. 反应谱理论尽管考虑了结构的动力特性，然而在结构设计中，它仍然把地震惯性力作为静力来对待。 2. 表征地震动的三要素是振幅、频谱和持时。在制作反应谱过程中虽然考虑了其中的前两个要素，但始终未能反映地震动持续时间对结构破坏程度的重要影响。 参考文献： 工程结构荷载与可靠度设计原理李国强等编著中国建筑工业出版社

电磁波反射与折射的研究(试题学习)

电磁波反射和折射的研究 一． 实验目的 1． 研究电磁波在良导体表面的反射； 2． 研究电磁波在良介质表面的反射和折射； 3． 研究电磁波全反射和全折射的条件。 二． 实验原理： 1．电磁波斜入射到不同介质分界面上的反射和折射 如图1所示， 平行极化的均匀平面波以角度θ 入射到良介质表面时，入射波、反射波和折射波可用下列式子表示为 图1. 平行极化波的斜入射示意图 入射波： ) cos sin (m 1)sin cos (θθθθz x jk z x e E +-+ +-=a a E )cos sin (1 m 1θθηz x jk y e E +-++ =a H 反射波： ) cos sin (m //1)sin cos (θθθθ'-'-+ -'-'-=z x jk z x e E R a a E )cos sin (1 m //1θθη'-'-+ - =z x jk y e E R a H 折射波： ) cos sin (m //t 2)sin cos (θθθθ''+''-+ ''-''=z x jk z x e E T a a E )cos sin (2 m //t 2θθη''+''-+=z x jk y e E T a H E + E t ⊙ ⊙ ⊙ E - θ '' θ ' θ z x H + H - H t

式中， 2221112 2 2111 , , ,εμωεμωεμηεμη==== k k 利用分界面上（z = 0）电场和磁场切向分量连续的边界条件，可得斯耐尔反射定律： θθ'= 和斯耐尔折射定律： 2 1 2 21 12 1 021sin sin εεεμεμθθμμμ时=== = =''k k 并计算出平行极化波的反射系数R //和折射系数T //： θηθηθηθη' '+' '-= cos cos cos cos 2121//R θηθηθ η' '+= cos cos cos 2212//T 类似地，可求出垂直极化波的反射系数和折射系数： θηθηθηθη' '+' '-= ⊥cos cos cos cos 1212R θηθηθ η' '+=⊥cos cos cos 2122T 2．全折射发生的条件： 全折射也即没有反射波，发生全折射的条件可通过令反射系数为零得到。 （1） 对平行极化情形，令0//=R ，可得全折射时的入射角： 1 2 1 2 121 P tan sin εεεεεθθ--=+== 该入射角称为布儒斯特角。可以证明，此时的折射角P 90θθ-?=''。可见，若电磁波以角度θP 入射到厚度为d 的介质板表面，则 2 11P cos sin εεεθθ+= ='' 这正是电磁波由ε2到ε1的全折射条件。因此，当电磁波以布儒斯特角从介质板的一侧入射时，在介质板的另一侧可接收到全部信号。如图2所示。 对垂直极化波，类似的推导结果表明，其不会发生全折射现象。

正确选取地震波

地震波的选取方法（MIDAS (2009-05-16 22:51:32) 转载▼ 分类：结构专业 标签： 杂谈 建筑抗震设计规范(GB 50011-2001)的5.1.2条文说明中规定，正确选择输入的地震加速度时程曲线，要满足地震动三要素的要求，即频谱特性、有效峰值和持续时间要符合规定。 频谱特性可用地震影响系数曲线表征，依据所处的场地类别和设计地震分组确定。这句话的含义是选择的实际地震波所处场地的设计分组(震中距离、震级大小)和场地类别(场地条件)应与要分析的结构物所处场地的相同，简单的说两者的特征周期Tg值应接近或相同。特征周期Tg值的计算方法见下面公式(1)、(2)、(3)。 加速度有效峰值按建筑抗震设计规范(GB 50011-2001)中的表5.1.2-2采用。地震波的加速度有效峰值的计算方法见下面公式(1)及下面说明。 持续时间的概念不是指地震波数据中总的时间长度。持时Td的定义可分为两大类，一类是以地震动幅值的绝对值来定义的绝对持时，即指地震地面加速度值大于某值的时间总和，即绝对值｜a(t)｜＞k*g的时间总和，k常取为0.05；另一类为以相对值定义的相对持时，即最先与最后一个k*amax之间的时段长度，k 一般取0.3～0.5。不论实际的强震记录还是人工模拟波形，一般持续时间取结构基本周期的5～10倍。 说明: 有效峰值加速度EPA＝Sa/2.5 （1） 有效峰值速度EPV＝Sv/2.5 （2） 特征周期Tg = 2π*EPV/EPA （3） 1978年美国ATC－3规范中将阻尼比为5％的加速度反应谱取周期为0.1-0.5秒之间的值平均为Sa，将阻尼比为5%的速度反应谱取周期为0.5-2秒之间的值平均为Sv(或取1s附近的平均速度反应谱)，上面公式中常数2.5为0.05组尼比加速度反应谱的平均放大系数。 上述方法使用的是将频段固定的方法来求EPA和EPV，1990年的《中国地震烈度区划图》采用了不固定频段的方法分析各条反应谱确定其相应的平台频段。具体做法是：在对数坐标系中同时做出绝对加速度反应谱和拟速度反应谱，找出加速度反应谱平台段的起始周期T0和结束周期T1，然后在拟速度反应谱上选定平台段，其起始周期为T1(即加速度反应谱平台段的结束周期T1)，结束周期为T2，将加速度反应谱在T0至T1之间的谱值求平均得Sa，拟速度反应谱在T1至T2之间的谱值求平均得Sv，加速度反应谱和拟速度反应谱在平台段的放大系数采用2.5，按公式(1)、（2）、（3）求得EPA、EPV、Tg。 在MIDAS程序中提供将地震波转换为绝对加速度反应谱和拟速度反应谱的功

地震反应谱的特性

地震反应谱的特性 崔济东(JiDong Cui) (华南理工大学土木与交通学院，广东广州，510640) 1反应谱的基本概念（Introduction to Response Spectra） 地震动反应谱：单自由度弹性系统对于某个实际地震加速度的最大反应（可以是加速度、速度和位移）和体系的自振特征（自振周期或频率和阻尼比）之间的关系。前一篇博文《Earthquake Response Spectra地震反应谱》介绍了反应谱和伪反应谱的基本概念，并编制了相应的反应谱计算程序——SPECTR。本文利用该软件，通过几个实测地震记录的反应谱分析，总结地震反应的一般谱特性。 2本文用到的地震加速度记录（Acceleration Time History Records） 2.11999年台湾集集地震记录的加速度记录： （1）加速度记录信息： The Chi-Chi (Taiwan) earthquake of September 20, 1999. Source: PEER Strong Motion database Recording station: TCU045 Frequency range: 0.02-50.0 Hz Maximum Absolute Acceleration: 0.361g （2）加速度时程与相应的速度和位移

图2-1 ChiChi地震加速度时程2.21994年美国北岭地震记录的加速度时程： （1）加速度记录信息： The Northridge (USA) earthquake of January 17, 1994. Source: PEER Strong Motion Database Recording station: 090 CDMG STATION 24278 Frequency range: 0.12-23.0 Hz Maximum Absolute Acceleration: 0.5683g （2）加速度时程与相应的速度和位移 作者：崔济东（1988- ），男，结构工程专业，博士研究生。