本書針對結構抗震問題，系統介紹了地震響應并行計算的理論方法、數值建模方法、介質參數等效方法和應用實例。主要內容包括地震響應研究發展現狀，結構動力學并行計算的基本理論，復雜結構數值建模方法，非線性介質參數等效方法以及結合高性能超級計算機平臺和高性能的并行計算技術，在工程場地、海岸工程、隧道工程、核電工程、橋梁工程、建筑工程中的典型應用實例。
當今中國，各類重大工程不斷刷新世界紀錄。例如，我國高速鐵路運營和在建里程、城市軌道交通運營和在建里程等均居世界第一，并且世界上直徑最大的隧道、跨度最長的橋梁也已經或即將誕生在我國。同時，我國地域遼闊，地質結構復雜，地震災害時有發生，導致重大人員傷亡和財產損失。因此，抗震性能是重大工程設計中必須考慮的主要因素，而地震響應計算是重大工程抗震設計的重要環節。受限于計算機的運算速度，傳統地震響應計算不得不忽略實際工程結構中一些復雜因素和詳細結構，采用比較簡單的動力學有限元模型和材料模型。
近十多年來，高性能計算機發展迅速，其計算能力已經成為一個國家綜合國力的一種標志。隨著多個系列的國產高性能計算機的相繼投入使用，我國在高性能計算機硬件技術方面已經取得了重要進展。但與國際先進水平相比，我國在高性能計算機的工程應用方面還存在較大差距。
近十多年來，上海交通大學金先龍教授及其研究團隊采用高性能計算機這個先進工具，開展了重大工程地震響應的擬實建模理論和并行計算方法研究，并廣泛應用于工程場地、海岸工程、隧道工程、核電工程、橋梁工程、建筑工程等重大工程領域的地震響應計算。這不僅有利于提高重大工程地震響應計算的可靠程度，更加全面地評價重大工程結構的抗震性能，而且對于推廣普及高性能計算機的工程應用，都具有重大的理論研究意義和工程應用示范價值。
本書是對這些研究成果的系統總結。全書共10章，第1章是緒論，對地震響應并行計算的相關國內外研究現狀進行了總結和分析；第2～4章研究了地震響應并行計算的基本理論、擬實建模方法和介質參數等效方法；第5～10章則介紹了作者在工程場地、海岸工程、隧道工程、核電工程、橋梁工程、建筑工程等六大工程領域中開展地震響應并行計算應用實例研究的經驗。
本書的出版獲得了國家高技術研究發展計劃（863計劃）課題“大型工程設備結構力學并行計算軟件及應用（2012AA01A307）”的資助。作者要特別感謝上海超級計算中心在研究并行計算方法中的密切合作，以及在提供高性能計算資源方面的長期支持。還要感謝上海市地震工程研究所、上海核工程研究設計院、上海市隧道工程軌道交通設計研究院、上海城建集團公司、上海市城市建設設計研究院、華東建筑設計研究總院等在地震響應并行計算應用實例研究中的全力支持和密切合作。
金先龍，男，博士，1961年8月出生。現任上海交通大學機械與動力工程學院二級教授和博士生導師。
金先龍教授長期致力于應用計算數學、計算力學的新理論及計算機科學與工程的新技術解決工程實際問題。在理論上，主要研究非線性結構動力學、流固耦合動力學的擬實建模理論和并行數值計算方法；在技術上，主要研究并行計算、網絡計算、云計算和分布計算等先進計算技術；在應用上，主要集中在解決交通運輸、現代工業、重大工程、國防裝備等領域的復雜系統動力學問題。
金先龍教授以首作者、第二作者或通信作者（首作者是其指導的研究生）共發表學術論文250余篇，其中，被SCI收錄50余篇，被EI收錄200余篇。以首作者出版了《交通事故數字化重構理論與實踐》和《結構動力學并行計算方法及應用》兩部學術專著。
2000年至今，金先龍教授作為項目負責人和主要貢獻者先后承擔了30余項國家和上海市的科研項目。其中包括：國家自然科學基金重點項目1項、國家自然科學基金面上項目5項、國家高技術研究發展計劃（863計劃）課題6項、上海市科學技術委員會攻關項目5項、上海市信息化委員會專項6項等，有13項成果通過了上海市科學技術委員會組織的鑒定，達到了國際先進水平，并獲得國家發明專利授權28項。
2005年，金先龍教授作為首完成人的科研成果“基于超級計算機的結構動力學并行算法設計、軟件開發與工程應用”獲得了上海市科學技術進步獎一等獎。2008年和2014年，作為主要貢獻者，分別獲得上海市科學技術進步獎一等獎和二等獎。
樓云鋒，男，博士，1987年1月出生。現于上海交通大學機械與動力工程學院任專職科研博士后，研究方向為并行計算、結構動力分析和流固耦合分析。
近年來，在國內外SCI/EI源期刊以首作者發表論文7篇，其中，被SCI收錄2篇，被EI收錄5篇。參與完成國家自然基金項目1項，上海市科學技術委員會攻關項目1項，企業委托項目3項。參與申請發明專利3項，軟件著作權1項。
前言
第1章 緒論
1．1 研究背景和意義
1．1．1 研究背景
1．1．2 研究意義
1．2 國內外研究現狀
1．2．1 地震動力作用研究現狀
1．2．2 結構地震響應研究現狀
1．2．3 地震響應并行計算研究現狀
1．2．4 對研究現狀的總結
1．3 本書的研究內容
第2章 地震響應并行計算的基本理論
2．1 引言
2．2 幾何非線性基本理論
2．2．1 變形和運動
2．2．2 更新拉格朗日格式
2．2．3 完全拉格朗日格式
2．2．4 幾何非線性問題的數值計算方法
2．3 顯式有限元方法基本理論
2．3．1 顯式時間積分算法
2．3．2 顯式算法時步控制
2．3．3 顯式算法沙漏控制
2．4 結構地震響應并行計算理論
2．4．1 并行計算機體系結構
2．4．2 曙光5000A高性能計算機
2．4．3 有限元的區域分解方法
2．4．4 負載均衡的分區方法
2．5 結構地震響應并行計算分析
2．5．1 土體一建筑結構耦合系統并行計算
2．5．2 土體一橋梁結構耦合系統并行計算
2．5．3 土體一隧道結構耦合系統并行計算
2．6 本章小結
第3章 地震響應并行計算的擬實建模方法
3．1 引言
3．2 地震響應分析系統的力學建模方法
3．2．1 土體-結構耦合作用的力學模型
3．2．2 土體-結構耦合作用的數值計算
3．2．3 土體-結構耦合作用的參數控制
3．3 非線性土體建模方法
3．3．1 土體分層模型
3．3．2 土體單元尺寸控制
3．3．3 土體材料模型
3．4 黏彈性人工邊界建模方法
3．4．1 三維黏彈性人工邊界法向條件
3．4．2 三維黏彈性人工邊界切向條件
3．4．3 黏彈性人工邊界
3．4．4 黏彈性人工邊界驗證及土體區域選取
3．5 本章小結
第4章 地震響應并行計算的介質參數等效方法
4．1 引言
4．2 襯砌環正交各向異性參數等效方法
4．2．1 廣義代表性體積元法
4．2．2 盾構隧道三維精細有限元模型與驗證
4．2．3 盾構隧道參數靜力等效數值模擬
4．2．4 盾構隧道參數模態等效數值模擬
4．3 土層阻尼參數等效方法
4．3．1 等效流程
4．3．2 阻尼參數等效
4．3．3 計算結果驗證
4．4 本章小結
第5章 工程場地地震響應并行計算的應用實例
5．1 引言
5．2 場地地震響應系統全三維非線性數值建模
5．2．1 場地情況簡介
5．2．2 場地三維幾何模型建立
5．2．3 場地地質材料分層曲面建立
5．2．4 場地有限元模型
5．3 工程場地地震響應分析
5．3．1 場地地震荷載
5．3．2 典型地點加速度時程
5．3．3 場地地表峰值加速度等值線
5．4 本章小結
第6章 海岸工程地震響應并行計算的應用實例
6．1 引言
6．2 防浪堤地震響應系統i維非線性數值建模
6．2．1 防浪堤有限元模型
6．2．2 土體有限元模型
6．3 防浪堤結構地震響應分析
6．3．1 防浪堤地震荷載
6．3．2 超強地震輸入動力響應分析
6．3．3 兩級地震輸入動力響應分析
6．4 本章小結
第7章 隧道工程地震響應并行計算的應用實例
7．1 引言
7．2 隧道地震響應系統三維非線性數值建模
7．2．1 隧道j維有限元模型
7．2．2 聯絡通道三維有限元模型
7．2．3 工作井j維有限元模型
7．2．4 隧道結構一土體耦合體系三維有限元模型
7．2．5 材料模型和參數
7．3 隧道結構一致激勵地震響應
7．3．1 隧道一致地震荷載
7．3．2 橫向一致激勵下隧道地震響應
7．3．3 縱向一致激勵下隧道地震響應
7．4 隧道結構非一致激勵地震響應
7．4．1 隧道非一致地震荷載
7．4．2 橫向行波激勵下隧道地震響應
7．4．3 縱向行波激勵下隧道地震響應
7．5 一致激勵與行波激勵隧道地震響應對比
7．5．1 橫向輸入時地震響應對比
7．5．2 縱向輸入時地震響應對比
7．6 本章小結
第8章 核電工程地震響應并行計算的應用實例
8．1 引言
8．2 核島地震響應系統三維非線性數值建模
8．2．1 核島廠房有限元模型
8．2．2 土體有限元模型
8．2．3 樁基有限元模型
8．2．4 整體耦合模型
8．2．5 模型質量估算及模態分析
8．3 核島地震響應及影響因素分析
8．3．1 核島結構加速度時程分析
8．3．2 核島結構應力分析
8．3．3 核島結構位移分析
8．4 本章小結
第9章 橋梁工程地震響應并行計算的應用實例
9．1 引言
9．2 土體一橋梁結構耦合系統全三維非線性數值建模
9．2．1 主梁三維有限元模型
9．2．2 主塔和橋墩三維有限元模型
9．2．3 斜拉索三維有限元模型
9．2．4 橋梁整體三維有限元模型
9．2．5 橋梁結構一土體耦合體系三維有限元模型
9．2．6 材料模型和參數
9．3 土體一橋梁結構耦合系統一致激勵地震響應
9．3．1 橋梁一致地震荷載
9．3．2 橫向一致地震激勵下橋梁地震響應
9．3．3 縱向一致地震激勵下橋梁地震響應
9．4 土體一橋梁結構耦合系統行波激勵地震響應
9．4．1 橋梁非一致地震荷載
9．4．2 橫向行波地震激勵下橋梁地震響應
9．4．3 縱向行波地震激勵下橋梁地震響應
9．5 一致激勵與行波激勵橋梁地震響應對比
9．6 本章小結
第10章 建筑工程地震響應并行計算的應用實例
10．1 引言
10．2 土體一超高層建筑結構耦合系統全三維非線性數值建模
10．2．1 大廈主體結構三維有限元模型
10．2．2 大廈幕墻結構三維有限元模型
10．2．3 大廈結構一土體耦合體系三維整體有限元模型
10．3 超高層建筑主體結構地震響應
10．3．1 建筑地震荷載
10．3．2 主體結構位移分析
10．3．3 主體結構分層內力分析
10．3．4 主體結構彈塑性分析
10．4 超高層建筑幕墻結構地震響應
10．4．1 幕墻支撐結構變形分析
10．4．2 幕墻支撐結構內力分析
10．5 本章小結
參考文獻
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