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无单元Galerkin法采用滑动最小二乘法拟合场函数,只需节点无需单元,具有前处理简单、精度高、解高次连续等优点,被用于求解探地雷达(GPR)正问题.本文从Maxwell方程出发,推导了GPR正演需满足的波动方程;详细介绍了滑动最小二乘法形函数的构造方法.针对EFGM不满足插值条件导致强加边界条件的处理变复杂的特性,采用罚因子法对强加边界条件进行了处理;同时为了消除EFGM进行GPR正演模拟时来自截断边界处的超强反射,采用透射边界条件把GPR波在截断边界处的反射波透射出去,进而压制了来自截断边界处的反射波.然后,编制了EFGM的GPR正演模拟Matlab程序,应用该程序对典型GPR地电模型进行了正演模拟,并把该正演剖面图与基于线性插值FEM正演剖面图进行了对比,结果表明了EFGM用于GPR正演计算的正确性及有效性,并且在相同节点数条件下,EFGM比矩形剖分的FEM的精度要高,更有利于指导雷达剖面的数据解译. 相似文献
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全局弱式无单元法是在有限单元法基础上发展起来的一种数值模拟方法,它采用局部支持域内的节点信息来构造形函数实现局部精确逼近,摆脱了单元,仅依赖于节点信息,具有预处理简单、模拟精度高、灵活性强的特点,适用于复杂地电条件下直流电阻率正演模拟.本文采用RPIM构造直流电阻率全局弱式无单元法形函数,利用RPIM形函数推导了直流电阻率全局弱式无单元法方程.然后,编制了直流电阻率全局弱式无单元法正演模拟Fortran程序,利用该程序对典型的地电模型进行了正演模拟,并将正演结果与基于线性插值的FEM正演结果及解析解进行对比,结果表明采用RPIM形函数的全局弱式无单元法用于直流电阻率正演模拟的正确性及有效性,且在同等条件下,全局弱式无单元法模拟精度高于矩形剖分的FEM,更有利于指导电法勘探的数据解译;利用该程序对复杂地电模型进行了正演模拟,结果表明全局弱式无单元法对复杂地电模型模拟效果良好,适应性强,灵活性高,可任意加密节点提高模拟精度. 相似文献
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电阻率法有限单元正演模拟中，采用第三类边界条件时为保证精度仍要求较大范围的计算域.无单元法为地球物理领域的新兴正演模拟方法，其计算效率低，但其中采用的移动最小二乘(MLS)形函数相比于有限单元法形函数具有良好的连续性，模拟精度高.本文将MLS形函数应用于电阻率法有限单元2.5维正演的第三类边界条件处理，提出电阻率法有限单元-移动最小二乘(FEM-MLS)耦合正演方法.通过不同正演方法的模型算例模拟结果对比，验证了本文算法的有效性，并讨论了各个参数选择对模拟结果的影响.本文数值模拟结果表明采用第三类边界条件时，在同等计算精度前提下，FEM-MLS耦合法相比于有限单元法可进一步缩小计算域并提高了计算效率，相比于采用较大计算域满足边界条件的有限单元法计算效率提高了约一倍，相比于采用相同小范围计算域的有限单元法平均精度提高了约一倍. 相似文献
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本文分析了目前直流电阻率正演模拟中的无单元Galerkin法（EFGM）和有限单元法（FEM）的优缺点，针对采用第一类边界条件需要足够大的计算域时EFGM计算成本高的问题，在计算域外围区域采用FEM扩边，提出了直流电阻率的无单元Galerkin-有限单元耦合法（EFG-FE）.采用具有Kronecker delta函数性质的径向基点插值法（RPIM）构造EFGM形函数，在外围区域将EFGM与FEM直接耦合，无需其他处理手段，消除了传统EFGM与FEM耦合中存在的界面耦合困难.EFG-FE将模型计算域分割为EFGM区域和FEM区域，模型核心区域采用EFGM计算，发挥EFGM灵活性、适应性强和高精度的优点，使得模型建立简单方便，对任意复杂地电模型适应性强，同时获得高精度模拟结果.在模型计算域外围采用快速扩展的FEM单元网格进行剖分，利用其数值稳定性和高效性，使用少量FEM节点和单元网格将计算域大范围扩大满足第一类边界条件，同时不大幅增加计算成本，进而提高计算效率.最后，通过不同正演方法的模型算例的模拟结果对比，验证了本文提出的EFG-FE有效可行，其模拟结果具有很高的模拟精度，且相比于采用第三类边界条件的EFGM提高了计算效率，具有更好的模拟性能. 相似文献
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《应用地球物理》2015,(4)
无网格法形函数构造不依赖预定义的单元,具有计算精度高、处理复杂模型便利等优点。本文介绍了无单元Galerkin法(EFGM)、点插值法(PIM)与径向基点插值法(RPIM)三种全域弱式无网格法的近似原理及特点;以二维泊松方程为例研究了支持域无量纲尺寸、场节点与背景网格设置对无网格法计算精度的影响。将RPIM与EFGM应用于频率域线源二维正演,给出了RPIM形状参数的推荐值;分析了均匀介质模型大地电磁(MT)二维正演无网格法边界条件直接加载与罚函数法加载的精度差异,结合PIM与RPIM边界条件加载便利及EFGM计算复杂模型精度高的优势,提出了EFG-PIM及EFGRPIM耦合算法,数值计算结果验证了耦合算法的有效性。研究发现:无网格法及其耦合方法适用于电磁法数值模拟;支持域无量纲尺寸取1.0时无网格法精度与效率高,场节点与背景网格重合时计算效果佳;泊松方程求解PIM及RPIM精度较EFGM低,计算均匀介质MT响应精度较EFGM高;RPIM改善了PIM计算涉及的奇异性问题,对应支持域无量纲尺寸选择空间大。 相似文献
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高精度、快速有效的正演模拟算法是三维电磁正反演的前提.为了提高海洋电磁三维数值模拟的精度和效率，本文提出利用基于Gauss-Lobatto-Chebyshev（GLC）基函数的谱元法进行海洋可控源三维电磁正演模拟.谱元法结合有限元法和谱方法的优点.我们通过应用伽辽金加权残差法离散二次电场矢量亥姆赫兹方程，在单元内选择混合阶GLC多项式的张量积作为高阶矢量插值基函数，在求解大型稀疏线性方程组时利用直接求解器进行快速求解，从而实现了三维海洋可控源电磁快速高精度正演模拟.一维和三维模型正演结果验证了本文算法的有效性和准确性.典型模型的数值结果表明谱元法是一种有效的三维海洋可控源电磁正演数值方法，能在稀疏网格剖分情况下获得精确的海洋电磁正演模拟响应. 相似文献
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瞬变电磁法的三维有限元正演通常采用齐次边界条件,为满足该边界条件,需要构建较大尺寸的模型,这降低了正演问题的求解速度.针对该问题,本文采用吸收边界条件代替齐次边界条件,以缩小模型体积,加快正演速度:首先,从时间域麦克斯韦方程组出发,推导了基于库伦规范的矢量势的微分控制方程,结合一阶吸收边界条件推导了相应的的弱形式方程;在此基础上采用一阶四面体矢量单元进行单元分析、Newmark法进行时间离散,实现了瞬变电磁法的快速三维正演.通过均匀半空间模型的解析解,H型地电断面的CR1Dmod解和相应模型有限元解的对比,验证了本文算法的正确性.均匀半空间模型分别采用吸收边界条件和齐次边界条件的正演结果对比表明:吸收边界条件确实可以提高三维正演的精度或者缩小模型尺寸、加快计算速度. 相似文献
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《地球物理学进展》2016,(3)
数值模拟是地球物理中重要的研究方法,针对复杂的正演问题,一般情况下不存在解析解,数值模拟方法则是一种有效的手段.有限单元法(简称有限元法)是数值模拟的一种重要方法,其优点是适用于物性分布复杂或者是几何特征不规则的地球物理问题.目前有限元法已经应用到大地电磁测深正演中,但是有关文献对其具体应用推导过程中单元刚度矩阵和单元节点编码方面描述较少.单元刚度矩阵是有限元分析中基本方程的系数矩阵,节点编码是将理论进行编程的重要环节.因此本文针对有限元大地电磁二维问题的正演过程,详细反复推导和描述其过程,给出正确结果.特别是清楚描述了单元刚度矩阵的计算过程及单元节点编码与整体结构中节点编码的关系,这对实现有限元正演的编程具有重要的意义. 相似文献
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正演模拟技术在地震采集设计中的应用 总被引：1，自引：0，他引：1
随着地震勘探开发的不断深入和发展,地震勘探的主战场逐渐向复杂地区转移.复杂地区既指地表条件复杂的地区,也指地下地质构造和地层条件复杂的地区,这些都对地震勘探提出了新的挑战和更高的要求.地震正演模拟正是开展此类问题研究的一个重要手段和方法.目前市场上具有正演模拟功能的软件大多是根据射线理论采用射线追踪的方法来完成正演模拟的,这种方法不能很好地反映地震波的动力学特征,特别是在复杂地区难以得到正确的结果.本文利用高阶有限差分有效克服了常规有限差分算法求解波动方程的频散问题,并以高效的OpenMP并行计算模式进行了并行优化,较大程度上提高了正演计算的速度和精度;同时实现了二阶Higdon边界条件,改善了边界吸收效果;也在一定程度上提高了计算速度.塔中地区主要目的层埋藏深,逆断层发育,地震反射特征复杂,增加了地震勘探的难度.本文依据该地区的地质模型,利用波动方程正演技术论证了该地区的地震采集观测系统,为该区地震采集观测系统的设计提供了科学依据. 相似文献
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常规的储层建模以井数据为基础,建立孔隙度、渗透率和含油饱和度等储层属性参数模型,并通过油田开发生产数据进行拟合,得到最佳地质模型.在南海西北部深水区无井控制的情况下,针对中央峡谷浊积水道储层,采用确定性建模与连续型随机建模相结合的方法,建立碎屑岩储层地震地质模型,应用地震正演模拟和相似性分析方法,确定浊积水道砂体最佳模拟参数.文章首先分析了碎屑岩储层特征,应用连续型随机建模的方法模拟储层空间分布.然后分析实际地震、地质资料,应用层序地层学思想,对研究区划分沉积体系域,建立层序地层格架;基于波阻抗和多种地震属性,采用人机交互的方法对浊积水道储层框架结构进行精细解释,建立储层结构模型;将储层结构模型与砂泥互层随机介质进行"交"、"并"运算,利用连续型随机模拟方法对储层内部介质进行精细刻画,建立中央峡谷浊积水道随机介质储层模型;通过对模型正演模拟、常规处理和相似性分析等建立最佳储层模型.文章研究了在无井条件下建立储层地震地质模型的方法,揭示南海西北部深水区中央峡谷浊积水道储层的空间展布和内部结构特征. 相似文献
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A three dimensional dynamic numerical methodology is developed and used to back-analyze experimental data on the seismic response of single piles in laterally spreading slopes. The aim of the paper is not to seek successful a-priori (Type A) predictions, but to explore the potential of currently available numerical techniques, and also to get feedback on modeling issues and assumptions which are not yet resolved in the international literature. It is illustrated that accurate simulation of the physical pile–soil interaction mechanisms is not a routine task, as it requires the incorporation of advanced numerical features, such as an effective stress constitutive soil model that can capture cyclic response and shear-induced dilation, interface elements to simulate the flow of liquefied ground around the pile and proper calibration of soil permeability to model excess pore pressure dissipation during shaking. In addition, the “conventional tied node” formulation, commonly used to simulate lateral boundary conditions during shaking, has to be modified in order to take into account the effects of the hydrostatic pore pressure surplus that is created at the down slope free field boundary of submerged slopes. A comparative analysis with the two different lateral boundary formulations reveals that “conventional tied nodes”, which also reflect the kinematic conditions imposed by laminar box containers in centrifuge and shaking table experiments, may underestimate seismic demands along the upper part of the pile foundation. 相似文献
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我国陆域天然气水合物主要分布于青藏高原和漠河地区.由于永久冻土层的存在,地震勘探很难获得高品质的资料,给天然气水合物勘探带来了诸多困难.为解决冻土层对地震信号的衰减问题,在哈拉湖地区采用低频可控震源进行地震资料采集试验,通过提高覆盖次数,获得了较高信噪比的地震资料.在高质量地震资料基础上,进行精细速度分析,获得了较准确的叠加速度谱资料;然后以层速度剖面为基础建立正演模型,开展天然气水合物地震正演模拟研究;最后利用叠后偏移地震数据进行地震属性分析.通过正演模拟和地震属性综合研究,总结了天然气水合物的地球物理响应特征,速度突变和空白反射带可作为哈拉湖地区陆域天然气水合物识别的敏感因素. 相似文献
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首先从麦克斯韦方程出发,用伽里金方法推导了三维三分量CSAMT法的有限元方程.在研究过程中,认识到加入散度条件的必要性,在公式中强加了散度条件,提高了解的完备性.其次将成功应用于二维线源频率域电磁法有限元模拟中的两种技术推广到三维中,一是边界条件统一采用一阶吸收边界,使线源产生的电磁波在边界上按波的传播规律被吸收,以降低平面波假设造成的影响;二是总体系数矩阵的存储,用两个二维数组分别记录总体系数矩阵的非零元素及其在总体结点编号中所处的位置,使总体系数矩阵的存储量达到最小的同时,物理意义明确,迭代求解时迅速简便.最后用均匀半空间模型进行了验证. 相似文献
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将土体视为固-液两相介质，基于饱和土体有效应力原理，建立饱和土体-地下综合管廊结构体系相互作用动力模型：在地应力平衡的静力状态下，采用Duncan-Chang非线性弹性本构模型，在地震波作用的动力状态下，采用Davidenkov非线性黏弹性本构模型；考虑饱和土体黏弹性动力人工边界条件，并将地震动作用转化为作用在人工边界节点上的动力荷载。模型考察不同土体材料、结构特性以及土-结构接触摩擦对结构地震响应的影响，得出如下结论：（1）地震波的卓越周期与场地卓越周期相近时，引起结构上的变形最大；（2）综合管廊结构管廊壁厚越薄，埋深越深，结构尺寸越大，结构刚度越小，结构变形越大；（3）不考虑土-结构接触面的状态非线性将会增大结构变形。 相似文献
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Precision of meshfree methods and application to forward modeling of two-dimensional electromagnetic sources 总被引：1，自引：0，他引：1
Meshfree method offers high accuracy and computational capability and constructs the shape function without relying on predefined elements. We comparatively analyze the global weak form meshfree methods, such as element-free Galerkin method (EFGM), the point interpolation method (PIM), and the radial point interpolation method (RPIM). Taking two dimensional Poisson equation as an example, we discuss the support-domain dimensionless size, the field nodes, and background element settings with respect to their effect on calculation accuracy of the meshfree method. RPIM and EFGM are applied to controlled-source two-dimensional electromagnetic modeling with fixed shape parameters. The accuracy of boundary conditions imposed directly and by a penalty function are discussed in the case of forward modeling of two-dimensional magnetotellurics in a homogeneous medium model. The coupling algorithm of EFG–PIM and EFG–RPIM are generated by integrating the PIM or RPIM and EFGM. The results of the numerical modeling suggest the following. First, the proposed meshfree method and corresponding coupled methods are well-suited for electromagnetic numerical modeling. The accuracy of the algorithm is the highest when the support-domain dimensionless size is 1.0 and the distribution of field nodes is consistent with the nodes of background elements. Second, the accuracy of PIM and RPIM are lower than that of EFGM for the Poisson equation but higher than EFGM for the homogeneous medium MT response. Third, RPIM overcomes the matrix inversion problem of PIM and has a wider selection of support-domain dimensionless sizes as compared to RPIM. 相似文献