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基于FDTD算法的表面阻抗吸收边界的研究
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作者 颜艳 陈华 +1 位作者 朱永豪 张纪芳 《太赫兹科学与电子信息学报》 2024年第11期1270-1276,共7页
吸收边界条件是时域有限差分(FDTD)算法解决电磁计算问题的一种重要条件。对4种吸收边界方法:卷积完美匹配层(CPML)、表面阻抗吸收边界条件(SIBC)和2种媒介吸收体的原理进行推导,通过Matlab软件对FDTD算法进行编程计算。将4种方法用于... 吸收边界条件是时域有限差分(FDTD)算法解决电磁计算问题的一种重要条件。对4种吸收边界方法:卷积完美匹配层(CPML)、表面阻抗吸收边界条件(SIBC)和2种媒介吸收体的原理进行推导,通过Matlab软件对FDTD算法进行编程计算。将4种方法用于微带低通滤波器和分支耦合器2个微带结构中,计算其反射系数。通过改变空气层厚度和迭代步长,4种方法均能得到正确的结果。对比分析4种吸收边界方法在2个模型中的计算时间、内存占用、误差百分比,可知SIBC占用内存最少,计算效率更高,误差百分比为1.63%。 展开更多
关键词 时域有限差分法 卷积完美匹配层边界条件 表面阻抗吸收边界条件 数值模拟计算
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FDTD算法的线性预测吸收边界条件
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作者 张继龙 甄蜀春 +2 位作者 曹鹏 王毅增 刘刚 《微波学报》 CSCD 北大核心 2003年第3期22-24,共3页
提出了一种全新的FDTD吸收边界条件———线性预测吸收边界条件 (LinearPredictionAbsorbingBoundaryCondition———LPABC)。通过对吸收边界上的入射场进行深入的分析研究 ,发现在某些条件下吸收边界上的场值与入射方向上其相邻区域的... 提出了一种全新的FDTD吸收边界条件———线性预测吸收边界条件 (LinearPredictionAbsorbingBoundaryCondition———LPABC)。通过对吸收边界上的入射场进行深入的分析研究 ,发现在某些条件下吸收边界上的场值与入射方向上其相邻区域的场值是线性相关的 ,从而提出了一种利用入射方向相邻区域的场值对吸收边界上的场值进行线性预测的吸收边界条件。采用这种吸收边界条件 ,计算域内的场为行波场 ,在边界处是无反射的。此外 ,这种吸收边界条件不需要设置额外的吸收层 ,也不需要存储前一时刻的场值。最后进行了FDTD实际计算 。 展开更多
关键词 FDTD 时域有限差分法 吸收边界 线性预测吸收边界条件 LPABC 入射场 入射方向 电磁场
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完全匹配层吸收边界条件的研究 被引量:52
3
作者 王永刚 邢文军 +1 位作者 谢万学 朱兆林 《中国石油大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第1期19-24,共6页
边界反射是数值模拟中的一个关键问题。构建完全匹配层(PML)吸收边界条件是消除边界反射的理想方法之一。此方法是在研究区域的边界上加入吸收层,使边界上传入吸收层的波随传播距离按指数规律衰减,不产生任何反射,达到消除边界反射的目... 边界反射是数值模拟中的一个关键问题。构建完全匹配层(PML)吸收边界条件是消除边界反射的理想方法之一。此方法是在研究区域的边界上加入吸收层,使边界上传入吸收层的波随传播距离按指数规律衰减,不产生任何反射,达到消除边界反射的目的。首先给出了二维声波方程完全匹配层的公式,然后通过地面地震模型和井间地震模型数值算例与常规吸收边界条件进行了比较。结果表明,PML边界条件具有吸收更干净、相位对应关系好且能够吸收各种角度的边界反射等优点,从而验证了完全匹配层吸收效果的优越性。 展开更多
关键词 井间地震 完全匹配层(PML) 吸收边界 正演模拟
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基于SPML和海绵边界的伪谱法弹性波模拟复合吸收边界条件 被引量:8
4
作者 马锐 邹志辉 +1 位作者 芮拥军 贾东顺 《石油物探》 EI CSCD 北大核心 2018年第1期94-103,共10页
弹性波数值模拟中分裂格式的完全匹配层吸收边界(SPML)难以吸收与边界接近平行传播的地震波,并会产生数值噪声,降低了地震波模拟的精度。针对此问题,提出了复合吸收边界条件,将SPML边界条件与海绵吸收边界条件组合成边界的内外层,实现... 弹性波数值模拟中分裂格式的完全匹配层吸收边界(SPML)难以吸收与边界接近平行传播的地震波,并会产生数值噪声,降低了地震波模拟的精度。针对此问题,提出了复合吸收边界条件,将SPML边界条件与海绵吸收边界条件组合成边界的内外层,实现了对与边界接近平行传播地震波的有效吸收。针对数值噪声沿边界传播的特点,对复合边界中的海绵边界吸收系数进行了改进,提高了海绵边界对平行于边界方向传播的地震波的衰减能力,进一步提高了对入射至边界处地震波的吸收效果。数值测试结果显示,不论对简单速度模型还是复杂速度模型,复合吸收边界对地震波的吸收效果优于常规SPML边界的吸收效果,且不会产生明显的数值噪声。 展开更多
关键词 完全匹配层 海绵吸收边界 复合吸收边界 伪谱法 弹性波正演模拟 弹性波方程 数值噪声
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波动方程FDTD算法的PML吸收边界条件的实现与验证 被引量:14
5
作者 孔繁敏 李康 +1 位作者 刘新 郭毅峰 《微波学报》 CSCD 北大核心 2004年第1期1-5,共5页
实现了波动方程FDTD算法的PML吸收边界条件 (WE PML) ,并进行了数值验证。从结果可以看出 ,WE PML的性能与Berenger PML非常接近 ,优于Mur二阶近似吸收边界条件。同时 ,对PML媒质参数进行了优化 ,结果表明 :WE PML的性能主要是由PML的... 实现了波动方程FDTD算法的PML吸收边界条件 (WE PML) ,并进行了数值验证。从结果可以看出 ,WE PML的性能与Berenger PML非常接近 ,优于Mur二阶近似吸收边界条件。同时 ,对PML媒质参数进行了优化 ,结果表明 :WE PML的性能主要是由PML的层数、垂直入射时的理论反射系数决定的 ,WE 展开更多
关键词 波动方程 FDTD PML 吸收边界条件 理想匹配层 时域有限差分法 电磁场
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粒子模拟软件吸收边界的研究 被引量:6
6
作者 胡旻 祝大军 +2 位作者 刘大刚 周俊 刘盛纲 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第8期1315-1318,共4页
实现了时域有限差分法的Gedney完全匹配层吸收边界条件,并进行了数值验证和参数优化。从结果可以看出其有较低的反射,性能优良;对吸收媒质厚度和电导率分布阶数的参数优化结果与Gedney经验值基本一致。将此吸收边界模块加入到国产粒子... 实现了时域有限差分法的Gedney完全匹配层吸收边界条件,并进行了数值验证和参数优化。从结果可以看出其有较低的反射,性能优良;对吸收媒质厚度和电导率分布阶数的参数优化结果与Gedney经验值基本一致。将此吸收边界模块加入到国产粒子模拟软件CHIPIC中,同美国商业粒子模拟软件MAGIC相比有更好的吸收效果。通过对2维极坐标下磁控管的模拟,证明了此吸收边界具有实际应用价值。 展开更多
关键词 吸收边界 完全匹配层(PML) PIC模拟 磁控管
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波动方程时空域有限差分数值解及吸收边界条件研究进展 被引量:28
7
作者 刘洋 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 2014年第1期35-46,300,共12页
波动方程数值解是波动方程正演、逆时偏移和全波形反演的核心技术之一。本文对波动方程数值求解的有限差分技术和吸收边界条件进行了分析,重点总结了基于时空域频散关系的有限差分、自适应可变空间算子长度有限差分、优化有限差分及混... 波动方程数值解是波动方程正演、逆时偏移和全波形反演的核心技术之一。本文对波动方程数值求解的有限差分技术和吸收边界条件进行了分析,重点总结了基于时空域频散关系的有限差分、自适应可变空间算子长度有限差分、优化有限差分及混合吸收边界条件等方法,介绍了这些方法在逆时偏移和波形反演中的应用。 展开更多
关键词 波动方程 时空域有限差分 吸收边界条件 研究进展
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声波正演中一种新的边界条件——双重吸收边界条件 被引量:11
8
作者 李文杰 魏修成 刘洋 《石油物探》 EI CSCD 2004年第6期528-531,共4页
在声波波动方程有限差分波场数值模拟中,由于计算模型的限制,导致很强的人为边界反射的产生。为了使计算得到的边界波场值更接近真实的边界波场值,往往使用边界条件以减少来自计算区域边界的人为反射能量,使得声波在有限区域传播达到在... 在声波波动方程有限差分波场数值模拟中,由于计算模型的限制,导致很强的人为边界反射的产生。为了使计算得到的边界波场值更接近真实的边界波场值,往往使用边界条件以减少来自计算区域边界的人为反射能量,使得声波在有限区域传播达到在无限介质中传播的效果。目前,在声波正演中,较常用的一种边界条件是基于标量波动方程旁轴近似理论的吸收边界条件,在此基础上诞生了许多新的边界条件算法。在前人成果的基础上,提出了一种新的吸收边界条件--双重吸收边界条件。该方法将标量波动方程旁轴近似与另一种边界方程通过加权的方式,使所计算的边界波场值比利用通常吸收边界方程计算的边界波场值更接近真实的波场。该方法计算量小,简单易实现,应用于声波正演能得到比利用常规吸收边界条件更好的吸收效果。 展开更多
关键词 正演 波场 波动方程 声波 吸收边界条件 诞生 有限差分 近似 反射 无限介质
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混合法深度偏移及其吸收边界条件 被引量:9
9
作者 张文生 张关泉 郝现军 《石油物探》 EI CSCD 北大核心 1999年第3期1-7,13,共8页
混合法偏移是一种将有限差分偏移和频率波数域偏移相结合进行偏移的方法,它兼有两者的优点,即既能适应较大横向变速情况,又节省内存和运算量。本文利用平方根算子的最佳逼近,导出了混合法偏移的一种新算法,其运算交替用ω-x域中... 混合法偏移是一种将有限差分偏移和频率波数域偏移相结合进行偏移的方法,它兼有两者的优点,即既能适应较大横向变速情况,又节省内存和运算量。本文利用平方根算子的最佳逼近,导出了混合法偏移的一种新算法,其运算交替用ω-x域中的有限差分法和f-k是域中的相移法来完成。同时,还提出了一种新的吸收边界条件,它通过在边界外附加一个很薄的具有强吸收作用的边界层,并与衰减型吸收边界条件相结合,有效地消除了边界反射。该方法既适用于规则区域,又适用于不规则区域,其离散方程具有统一形式,易于编程。较多的模型计算和实际资料试算表明,该方法是一种计算量适中、处理精度高、稳定性好、吸收效果明显的偏移方法。 展开更多
关键词 混合法 深度偏移 吸收边界条件 地震勘探
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一种新的弹性波数值模拟吸收边界条件 被引量:6
10
作者 李文杰 魏修成 宁俊瑞 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 2009年第4期501-507,共7页
在弹性波方程有限差分波场数值模拟中,由于计算模型的限制,不可避免地导致很强的人为边界反射的出现。为了使计算得到的边界波场值更接近真实的边界波场值,在波场数值模拟中人们利用边界条件来减少来自计算区域边界的人为反射能量。与... 在弹性波方程有限差分波场数值模拟中,由于计算模型的限制,不可避免地导致很强的人为边界反射的出现。为了使计算得到的边界波场值更接近真实的边界波场值,在波场数值模拟中人们利用边界条件来减少来自计算区域边界的人为反射能量。与声波吸收边界条件相比,弹性波边界条件要复杂得多,到目前为止弹性波边界条件算法研究仍然是该领域的一个重要课题。本文借鉴Clayton等处理吸收边界反射的思想,从弹性波波动方程出发,提出了一种新的在各向同性介质中进行有限差分弹性波场数值模拟的吸收边界条件。波场计算表明:该方法计算量小、应用简单、能有效地减少来自模型边界的反射波场,其计算效率与Clayton等处理吸收边界条件所花费的时间相当。 展开更多
关键词 弹性波 各向同性介质 吸收边界条件 边界反射 有限差分
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声波方程数值模拟中的任意广角单程波吸收边界 被引量:4
11
作者 张红静 周辉 +2 位作者 陈汉明 林鹤 王杰 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 2013年第4期576-582,676+502,共7页
地震数值模拟需要使用稳定有效的吸收边界条件,以达到衰减人工截断边界反射的目的。本文将一种高精度单程波方程,即任意广角波动方程(AWWE)用作二阶声波方程的吸收边界条件,采用有限差分法给出边界的计算公式,并对角点进行了特殊处理。... 地震数值模拟需要使用稳定有效的吸收边界条件,以达到衰减人工截断边界反射的目的。本文将一种高精度单程波方程,即任意广角波动方程(AWWE)用作二阶声波方程的吸收边界条件,采用有限差分法给出边界的计算公式,并对角点进行了特殊处理。均匀模型与解析分析法结果的对比及Marmousi模型波场模拟证实:AWWE用作吸收边界能适用于较大入射角情况,其吸收效果明显优于传统的二阶傍轴近似吸收边界条件(CE2);AWWE吸收边界几乎不增加额外计算量,并且不影响内部区域数值计算的稳定性。 展开更多
关键词 地震波数值模拟 AWWE吸收边界条件 有限差分 声波方程
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完全匹配层(PML)吸收边界条件的理论分析 被引量:9
12
作者 陈彬 方大纲 陈晓明 《微波学报》 CSCD 北大核心 1996年第2期109-115,共7页
本文以屏蔽微带线为例,应用谱域方法推导了时域差分(FDTD)法中所用的完全匹配层(PML)吸收边界条件的公式,并且严格证明了有关参数的选择原则.计算表明,在屏蔽微带线中,这种吸收边界条件的反射系数可以小于-80dB.本文所给出的推导方法对... 本文以屏蔽微带线为例,应用谱域方法推导了时域差分(FDTD)法中所用的完全匹配层(PML)吸收边界条件的公式,并且严格证明了有关参数的选择原则.计算表明,在屏蔽微带线中,这种吸收边界条件的反射系数可以小于-80dB.本文所给出的推导方法对于平面分层介质结构是普遍适用的,因为谱域中的每一个波谱实际上都代表一个平面波.文中所给出的推导揭示了这种吸收边界条件的机理,它对于正确使用以及进一步改进这种吸收边界条件都是有意义的. 展开更多
关键词 FDTD法 完全匹配层 吸收边界条件 电磁波传播
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三维新型非分裂场完全匹配层吸收边界条件 被引量:5
13
作者 杨利霞 梁庆 +1 位作者 于萍萍 王刚 《电波科学学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第1期67-72,共6页
研究了一种3D新型时域有限差分法(FDTD)非分裂场近似完全匹配层(NPML)吸收边界。在直角坐标系中,通过直接对麦克斯韦方程组中的空间偏导的变量进行空间坐标拉伸,得到三维非分裂场的NPML吸收边界,这种吸收边界相对于PML吸收边界编程实现... 研究了一种3D新型时域有限差分法(FDTD)非分裂场近似完全匹配层(NPML)吸收边界。在直角坐标系中,通过直接对麦克斯韦方程组中的空间偏导的变量进行空间坐标拉伸,得到三维非分裂场的NPML吸收边界,这种吸收边界相对于PML吸收边界编程实现简单,编程复杂度低。通过对三维算例的电磁散射分析,验证了NPML吸收边界的正确性。计算结果表明了该方法是一个完美的吸收边界,可以用于实际目标的电磁散射问题分析。 展开更多
关键词 完全匹配层 吸收边界 时域有限差分方法 近似完全匹配层
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广义正交坐标系下FDTD算法的吸收边界条件 被引量:11
14
作者 葛俊祥 李玉星 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1998年第3期113-116,共4页
本文由广义正变坐标系下的波动方程,通过微分算子的分解得到了两个单向波方程,利用差分近似方法得到广义正交坐标系下Mur二阶吸收边界条件,并与文献给出的直角和圆柱坐标系下的Mur二阶吸收边界条件进行了对比和补充.
关键词 广义正交坐标系 FDTD 吸收边界条件 电波传播
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加权吸收边界条件的优化设计 被引量:15
15
作者 杨微 陈可洋 《石油物探》 EI CSCD 北大核心 2009年第3期244-246,251,共4页
基于声波波动方程的旁轴近似吸收边界条件可以通过提高泰勒级数展开的旁轴近似阶数获得更好的吸收效果,但这样不仅增加了差分计算的复杂性,同时还导致计算过程不稳定。针对这一问题,提出了优化加权吸收边界条件。首先从理论上讨论了优... 基于声波波动方程的旁轴近似吸收边界条件可以通过提高泰勒级数展开的旁轴近似阶数获得更好的吸收效果,但这样不仅增加了差分计算的复杂性,同时还导致计算过程不稳定。针对这一问题,提出了优化加权吸收边界条件。首先从理论上讨论了优化加权吸收边界条件,提出了加权因子概念,通过调节加权因子来拓展边界反射完全吸收角度;然后利用脉冲响应和数值模拟对优化加权吸收边界条件的吸收效果进行了分析。结果表明,选择合适的加权因子可以将边界处的完全吸收角度拓宽到60°以上,反射系数误差不超过2.5%。该方法简单易行,计算量小,而吸收效果比常规旁轴近似吸收边界条件更好。 展开更多
关键词 地震波波动方程 旁轴近似 加权吸收边界条件 加权因子 脉冲响应
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组合吸收边界条件下VTI介质地震波场模拟 被引量:9
16
作者 杜启振 李宾 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 2009年第2期173-178,共6页
针对横向各向同性(VTI)介质P-SV波和SH波一阶速度—应力波动方程,本文应用交错网格法进行了地震波场数值模拟。其模拟效果在很大程度上取决于边界条件的处理。针对特征分析法吸收边界条件存在的边界处差分精度低、吸收效果差等问题,本... 针对横向各向同性(VTI)介质P-SV波和SH波一阶速度—应力波动方程,本文应用交错网格法进行了地震波场数值模拟。其模拟效果在很大程度上取决于边界条件的处理。针对特征分析法吸收边界条件存在的边界处差分精度低、吸收效果差等问题,本文采用特征分析法和扩边衰减法形成组合边界条件对人工边界进行吸收处理,较显著地削弱数值频散,提高了差分精度;同时还提出了改进的衰减函数及其应用原则,可以更好地模拟复杂介质波场传播机理。 展开更多
关键词 横向各向同性介质 波场模拟 交错网格 吸收边界 衰减函数
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黏弹性多层介质中SH波动的一种吸收边界条件 被引量:6
17
作者 吴利华 赵密 杜修力 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第2期480-490,共11页
提出一种高精度时域吸收边界条件,与有限元法结合用于模拟瞬态标量SH波在达朗贝尔黏弹性多层介质中传播问题.建立时域吸收边界条件的过程是:首先将半无限域沿着竖向半离散得到半离散的位移方程以及人工边界处的力-位移关系,再通过引入... 提出一种高精度时域吸收边界条件,与有限元法结合用于模拟瞬态标量SH波在达朗贝尔黏弹性多层介质中传播问题.建立时域吸收边界条件的过程是:首先将半无限域沿着竖向半离散得到半离散的位移方程以及人工边界处的力-位移关系,再通过引入模态分解,将物理空间下的量转化到模态空间,从而获得半无限域模态空间下的频域动力刚度;其次采用一种在全频范围内收敛的连分式精确逼近单层介质模态空间下标量形式的频域动力刚度,将标量连分式扩展为矩阵形式用来表示多层介质的频域动力刚度;最后通过引入辅助变量技术,将模态空间下基于连分式的频域动力刚度关系转化为时域吸收边界条件,进一步转换到物理空间后得到物理空间下的时域吸收边界条件.单层介质和五层介质的数值算例表明,建立的高精度时域吸收边界条件对于达朗贝尔黏弹性单层介质是精确且稳定的;对于达朗贝尔黏弹性多层介质,为了保证其高精度特性,需要将人工边界放置在距离感兴趣区域约为0.5倍无限域高度的位置处. 展开更多
关键词 高精度吸收边界条件 连分式 达朗贝尔黏弹性多层介质 标量波 有限元
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频率域2.5维电磁测深有限元模拟中的吸收边界条件 被引量:7
18
作者 薛东川 戴世坤 《中国石油大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第6期57-61,共5页
针对频率域2.5维电磁测深问题,借鉴地震波模拟中吸收边界的处理方法,将波数域电磁场方程分解成两个传播方向相反的单程波方程,以沿边界外法向衰减的单程波方程作为该边界上的吸收边界条件。给出了全吸收边界条件的构造方法,并导出了15&#... 针对频率域2.5维电磁测深问题,借鉴地震波模拟中吸收边界的处理方法,将波数域电磁场方程分解成两个传播方向相反的单程波方程,以沿边界外法向衰减的单程波方程作为该边界上的吸收边界条件。给出了全吸收边界条件的构造方法,并导出了15°吸收边界的具体形式。数值计算结果表明,该吸收边界条件使边界反射得到了有效压制,在相同的计算量下计算精度显著提高。 展开更多
关键词 吸收边界条件 2.5维 电磁测深 有限元方法
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几种新的吸收边界条件在电磁散射中的应用 被引量:10
19
作者 邵振海 洪伟 《电波科学学报》 EI CSCD 1999年第3期287-294,共8页
在应用FDTD求解电磁散射问题时, 需要引入吸收边界条件来截断计算空间。将Z变换域上导出的几种新的吸收边界条件应用于三维电磁散射问题的分析。通过数值计算验证了这几种吸收条件的有效性并与MOM 法等进行了比较。
关键词 电磁散射 时域有限差分法 吸收边界条件 Z变换
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声波方程完全匹配层吸收边界 被引量:99
20
作者 王守东 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 2003年第1期31-34,共4页
本文针对声波方程 ,给出了完全匹配层吸收边界方法。其基本思想是在所研究区域的边界上引入吸收层 ,波由研究区域边界传到吸收层时不产生任何反射 ,在吸收层内按传播距离的指数规律衰减 ,不产生反射 ,从而达到吸收边界的效果。文中给出... 本文针对声波方程 ,给出了完全匹配层吸收边界方法。其基本思想是在所研究区域的边界上引入吸收层 ,波由研究区域边界传到吸收层时不产生任何反射 ,在吸收层内按传播距离的指数规律衰减 ,不产生反射 ,从而达到吸收边界的效果。文中给出了完全匹配层方法的基本原理 ,导出了声波方程完全匹配层的控制方程 ,并给出了令人满意的数值模拟结果。 展开更多
关键词 正演 数值模拟 完全匹配层 吸收边界 地震勘探
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