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采用有限模型数值方法求解能量开放系统中的波动问题时,虚拟人工边界的处理方式对计算结果的准确性和精度具有重要的影响.本文针对无限域饱和多孔介质中波传播问题的人工边界处理方式进行了研究,提出了饱和多孔介质近场波动分析的一种黏弹性人工边界处理方法.在考虑多孔介质中固相和液相的相互作用的情况下,通过在人工边界处分别施加反映固相和液相介质波传播效应的弹簧及阻尼来模拟饱和多孔介质中波的能量辐射效应影响.算例表明,本文建议的黏弹性人工边界具有较好的模拟效果. 相似文献
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矩形网格有限差分法在地震波传播数值模拟方面具有计算速度快的显著优势,但该方法在处理复杂边界问题上存在着效率低的严重缺陷.本文针对分段光滑曲线边界定义了尖点处的一种正则导数,给出了矩形网格情形分段光滑曲线网格边界点法向导数的一种插值计算方法.采用矩形网格有限差分法对复杂边界地球介质模型进行地震波场数值模拟,并采用波场系列快照技术揭示地震波在起伏地表和复杂介质中的传播规律.模拟结果表明：法向导数插值计算方法为矩形网格有限差分法处理复杂边界提供了有效途径,采用波场系列快照技术可以清晰地展现地震波在反射界面的反射和透射规律、在尖点的绕射规律以及在自由表面的直达波和多次反射规律. 相似文献
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传统的人工边界是在声波或弹性波分解为内行和外行分量的基础上设计的.对于较复杂的介质模型（如粘弹介质、弹塑介质、塑性介质模型等）,地震波不能简单地分解为各自满足其运动方程的纵波、横波等成分,且地震波在传播过程中还有衰减现象,因此传统的人工边界已不能有效地用于非弹性的较复杂介质的波场模拟.本文提出了一种适合于更一般的地震模型的波场计算的透射边界条件,并以粘弹介质的一个较简单的二维几何模型为例,通过有限元数值求解这种透射边界和刚性边界下粘弹波的激发和传播,得到地面合成地震记录,证明了这种透射边界用于较复杂介质波场计算是可行的. 相似文献
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本文拓展了一种模拟地震波在地球核幔边界D″区各向异性介质中传播的数值方法:谱元-简正振型耦合方法(CSEM).该方法通过在球对称各向同性介质空间采用简正振型方法,在各向异性的D″区采用谱元方法,并在两种介质的边界采用"DtN"算子耦合的策略计算一维模型PREM(见文献[1])或修改后的D″区横向各向同性VTI-PREM模型的理论地震图.模拟所得数值解结果与采用简正振型方法得到的解析解结果进行对比以验证方法的精度.在中国科学院地球深部结构重点实验室高性能计算机上使用128个CPU计算得到的结果显示,在10-5～0.125 Hz的频率范围内谱元简正振型法得到的波形与简正振型方法能很好拟合.此外,对于VTI介质结构模型,谱元简正振型法能够准确模拟S波分裂现象,从而验证了谱元简正振型耦合方法对各向异性介质中地震波传播数值模拟是一种有效的方法. 相似文献
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《地球物理学进展》2017,(6)
TTI介质逆时偏移是复杂构造区地震成像的一种重要有效技术.然而,其3D数据实际应用仍然存在一些挑战.本文以TTI拟声波方程为基础,系统梳理了TTI逆时偏移计算中的几个关键问题并给出解决方案.首先,P波与SV波耦合问题.本文系统分析了各向异性参数匹配方法伪横波压制效果以及其对波传播的影响;其次,为了提高计算效率,本文基于CUDA平台实现GPU加速计算方案.主要解决了两个方面的问题,其一为扩展了随机边界在TTI介质波场传播中的应用,确定了TTI介质速度和其他四个参数对应的"均匀各向异性"随机边界;其二,本文将单GPU拓展到多GPU实现三维TTI介质逆时偏移,并且采用了一种异步流技术,大大提高了GPU计算的高并发策略,使双GPU实现的加速比与单GPU相比接近理想的2∶1.最后通过3D模型试验证明了方法的效率和准确性. 相似文献
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流体饱和多孔介质黏弹性动力人工边界 总被引：1，自引：0，他引：1
基于Biot流体饱和多孔介质本构方程，采用平面波和远场散射波经验叠加来反映外行波传播，以经验参数反映人工边界外行波动的衰减和多角度透射特性。在人工边界处分别施加反映固相和液相介质传播效应的弹簧及阻尼来模拟人工边界以外的无限域介质对来自有限域的外行波的能量的吸收作用。从而形成一种流体饱和多孔介质的黏弹性动力人工边界。数值算例表明：边界的精度和稳定性高于现有的黏性边界、黏弹性人工边界及一阶透射边界。 相似文献
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传统的Kirchhoff传播算子结构简洁,适用于描述横向均匀介质中波的传播.Ray-Kirchhoff传播算子较为精确地描述了波在非均匀介质中传播的运动学特征,其理论上的先天不足依赖于介质的复杂性.本文通过Born序列逼近波在非均匀介质中传播的大角度波分量,提出一种Born-Kirchhoff传播算子,将传统Kirchhoff传播算子的适用范围扩展至非均匀介质,同时描述波的运动学和动力学特征,其精度取决于Born序列逼近的阶数.利用Born序列频散方程,可以精确分析各阶Born-Kirchhoff传播算子对波长、传播角和非均质性的尺度依赖特征,其中,一阶Born-Kirchhoff传播算子的精度高于传统的相屏传播算子.波数域的Born-Kirchhoff传播算子对于高波数波是奇异的,导致波数域数值计算发散,但其空间域版本是非奇异的,无条件数值稳定,可通过Kirchhoff求和数值实施.本文给出各阶Born-Kirchhoff传播算子及其频散方程,可用于不同程度非均匀介质中的波传播模拟,复杂构造地震成像和速度估计.本文利用零阶和一阶Born-Kirchhoff传播算子计算简单二维模型的合成地震图,并与边界元法进行了比较. 相似文献
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利用结构力学与最优控制的模拟理论,研究弹性波在层状介质中传播的数值计算方法. 将弹性波传播问题导向哈密顿(Hamilton)体系,在哈密顿体系中,推导出一种新的半解析单元,称之为动力-部分杂交元,由此导出一套哈密顿体系下的半解析数值计算方法. 本文给出了该方法在层状正交各向异性材料介质的弹性波传播问题的数值算例,分析了一定频率的弹性波在层状介质中传播时的位移、应力的模式. 计算结果展现了Hamilton体系和辛几何在弹性波传播问题研究的应用前景. 相似文献
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《地球物理学进展》2017,(4)
在瞬变电磁法三维数值模拟中,边界采用Dirichlet条件会导致计算空间过大,耗时过长.对电磁场传播的开域空间进行截断,在截断边界采用CPML吸收边界条件,可以有效减少计算量.从坐标伸缩Maxwell方程可以推导出CPML差分更新方程,通过对空气介质、似稳态条件下大地介质的吸收边界参数进行理论推导,分析了不同频率下的衰减系数和反射系数对吸收效率的影响.根据分析结果对Roden提出的吸收边界参数分布进行改进,使其适合低频条件下的电磁波吸收;分别以无耗空气模型、典型大地介质模型和地下高阻空腔模型为例,计算了CPML吸收边界在不同介质、不同空间大小下的反射误差.计算结果表明,地下模型的边界距离CPML边界在10~15个网格,空气层厚度4~6个网格的空间大小就可以满足计算精度要求. 相似文献
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孔隙介质弹性波传播理论在地球物理勘探、地震工程和岩土动力学等领域有着广泛的应用.而孔隙介质中的弹性波受孔隙度、渗透率、流体黏滞系数等参数的影响,因此研究波场的传播特征将有助于分析和提取这些信息.本文在Biot理论的基础上,针对三维层状孔隙介质模型,利用在合成理论地震图的研究中已经被证实具有稳定、高效且适用范围较广的Luco-Apsel-Chen（LAC）广义反透射方法,给出了弹性波场的一种积分形式的半解析解,可通过数值方法高效、准确地计算层状孔隙介质中的理论波场,所以该积分形式的半解析解可为三维层状孔隙介质波场传播特征的理论数值模拟研究提供一种新的途径和手段. 相似文献
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通过对某工程场地采用不同的介质参数和不同的人工边界处理方法求得的地面运动的比较，指出，只有应用合理的计算模型才得到正确的计算结果，文章还对在均匀粘弹性半空间内任意划定刚性和滚轴人工边界造成的计算误差作了探讨。 相似文献
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本文提出一种复变量半解析试函数,并将它应用于边界元法中,建立一种可对三维波动问题在频域进行分析的半解析边界元法。同一般有限元和边界元法相比,本文方法具有节省存贮空间和计算工作量等优点。 相似文献
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平面P波在饱和半空间中洞室周围的散射(I):解析解 总被引：1，自引：0，他引：1
利用波函数展开法给出了入射平面P波在饱和半空间中圆形洞室周围散射问题的一个解析解。半空间假定为无粘性流体饱和介质,满足Biot理论。采用一种基于实验数据的孔隙率和模量之间的线性关系来确定Biot模型中的介质参数。解答考虑了透水边界和非透水边界两种情况。对边界条件进行了数值检验,结果表明,随着级数截断项数的增大,边界残量衰减很快。解答为进一步研究入射波频率和角度、边界渗透条件、孔隙率、泊松比等参数对散射的影响奠定了基础。 相似文献
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平面P波在饱和半空间中洞室周围的散射(Ⅰ):解析解 总被引：2，自引：2，他引：0
利用波函数展开法给出了入射平面P波在饱和半空间中圆形洞室周围散射问题的一个解析解。半空间假定为无粘性流体饱和介质,满足Biot理论。采用一种基于实验数据的孔隙率和模量之间的线性关系来确定Biot模型中的介质参数。解答考虑了透水边界和非透水边界两种情况。对边界条件进行了数值检验,结果表明,随着级数截断项数的增大,边界残量衰减很快。解答为进一步研究入射波频率和角度、边界渗透条件、孔隙率、泊松比等参数对散射的影响奠定了基础。 相似文献
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地震波场数值模拟是理论地球物理学和勘探地球物理学的重要研究手段.在众多数值模拟方法中边界元法和有限差分法是两种典型的地震波传播模拟计算方法.边界元法是一种半解析-半数值的边界型方法,它显式地利用边界连续条件,沿着地层边界进行离散,具有降维、高精度和自动满足远场辐射条件的优点;有限差分法是一种典型的基于微分的区域型方法,它隐式地使用边界连续条件,以空间网格形式进行离散和数值逼近,具有高效、实用和容易数值实现的优点.本文以一个半圆形均匀Valley模型和两个非均匀断裂/断层模型为例,从计算精度、计算效率、频散特性以及适用性等方面对这两种方法进行了比较研究.数值计算结果表明:边界元法可以精确地几何描述有内部断点、断面的复杂构造,能够精确地模拟内部不规则界面之间波的反射/传播;有限差分法不能以足够的精度描述几何断点和内部不规则边界.边界元法在高频时计算量大于有限差分法,有限差分法则需要更小的网格间距以压制数值频散.因此,在处理内部非均质和高频计算时,有限差分法更有效;在处理内部不规则边界、断点、大尺度等问题时,边界元法比有限差分法更有优势. 相似文献
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P-SV波斜入射时成层半空间自由场的时域算法 总被引：3，自引：0，他引：3
刘晶波和王艳提出了一种弹性水平成层半空间中平面P-SV波斜入射时平面内自由波场时域计算的一维化有限元方法,该方法采用黏性人工边界条件近似地模拟下部基岩半空间的辐射阻尼,可导致平面P-SV波以大角度入射时自由场计算精度降低.本文提出一种精确模拟基岩半空间辐射阻尼的人工边界条件.由于基岩半空间中外行波是传播方向已知的平面P波和SV波,利用弹性介质的应力-位移本构关系建立了人工边界处应力与速度的阻抗边界条件;采用该人工边界条件替代黏性边界条件,改进了P-SV波斜入射时成层半空间自由场的时域算法.数值试验表明,与采用黏性边界条件的自由场算法相比,改进方法具有更高的计算精度,其计算结果与理论解吻合更好. 相似文献
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SH波输入下土-结构相互作用影响参数的研究 总被引：1，自引：0，他引：1
本文将有限元和边界元相结合,给出了均匀弹性介质半平面和结构出平面相互作用的计算公式。由于有限元和边界元各有优点,这种混合模式既可模拟有限的不均匀介质区域,又满足了波在无穷远处的辐射条件。计算结果表明,本文给出的计算公式具有较高的精度。 相似文献
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本文利用保角映射方法对两种二维地形作了推导:一种是半圆弧形的边界,另一种是拋物线形的边界。并作了一些数值计算。 相似文献
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《应用地球物理》2017,(1)
地震波沿自由表面传播P波和S波干涉会产生面波现象。因此,地震波数值模拟中需要精确地处理自由表面边界以获取面波传播的数值解。本文提出了一种基于动态孔弹性理论包含自由表面边界处理的时空域交错网格有限差分数值计算方法。针对自由表面,推广弹性介质中的传统应力镜像自由边界处理方法,提出一种新的描述孔隙介质固体和流体自由边界特征适用于面波模拟的应力镜像法。自由表面所在网格节点上的相应镜像的处理就能获得稳定精确的面波数值解。数值模拟得到的第一类Rayleigh波的结果表明该算法在相应的弹性介质中一样的网格剖分下就可获得保证精度的稳定解。数值模拟的例子反映了本文所述方法的有效性。 相似文献