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标量波方程时间高阶广义有限差分法及稳定性条件
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作者 袁野 黄健良 +2 位作者 陶维祥 柳万春 吴国忱 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第21期8796-8804,共9页
广义有限差分地震波场数值模拟方法能够适应起伏的地层界面,消除起伏界面造成的阶梯状散射现象,提高正演模拟的准确性。而使用时间二阶广义有限差分法求解波动方程时,由于时间差分精度低,时间采样间隔较大时往往会产生时间频散,影响正... 广义有限差分地震波场数值模拟方法能够适应起伏的地层界面,消除起伏界面造成的阶梯状散射现象,提高正演模拟的准确性。而使用时间二阶广义有限差分法求解波动方程时,由于时间差分精度低,时间采样间隔较大时往往会产生时间频散,影响正演模拟的精度。研究了标量波方程时间四阶广义有限差分正演模拟算法及其稳定性条件和频散特性,通过将时间四阶偏导数转嫁到空间偏导数项上实现时间四阶精度差分,时间频散得到有效的压制。此外相对于时间二阶广义有限差分法,时间四阶广义有限差分可以适应较大的时间采样间隔,一定程度上减少计算量。实验结果表明,所提出的算法能有效压制阶梯状散射和时间频散,具有更高的计算精度,将其应用于逆时偏移,可以获得高质量的成像剖面。 展开更多
关键词 广义有限差分 阶梯状散射 高阶差分格式 时间频散 稳定性条件
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三维频率域声波方程最优隐式27点有限差分正演模拟
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作者 袁雨欣 刘洪 《地球物理学报》 北大核心 2025年第8期3207-3222,共16页
本文提出了一种最优隐式27点有限差分格式用于三维频率域声波方程正演模拟,以提高地震波模拟的数值解精度.文章首先推导了三维频率域声波方程的隐式27点有限差分格式,并通过最小化相速度误差,获得了不同空间采样间距比情况下的最优系数... 本文提出了一种最优隐式27点有限差分格式用于三维频率域声波方程正演模拟,以提高地震波模拟的数值解精度.文章首先推导了三维频率域声波方程的隐式27点有限差分格式,并通过最小化相速度误差,获得了不同空间采样间距比情况下的最优系数.与经典的显式7点有限差分格式相比,在相速度误差不大于1%的条件下,最优隐式27点格式将每个波长的采样点数从13减少到4.该格式随后应用于等间距和不等间距的均匀介质模拟,并进一步验证了其对非均匀盐丘模型模拟的有效性.结果表明,与经典的7点有限差分格式相比,最优隐式27点有限差分格式能够更有效抑制数值频散并提高模拟精度. 展开更多
关键词 三维声波方程 频率域 隐式有限差分格式 优化系数
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基于平均导数21点差分格式的二维声波方程频率域正演模拟方法
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作者 曲英铭 谢龙福 +3 位作者 朱江贵 李自正 邢伯申 李振春 《地球物理学报》 北大核心 2025年第6期2364-2374,共11页
正演是反演的基础,正演的结果是否准确在很大程度上都会影响反演结果的精度.与时间域正演相比,频率域正演不存在累积误差,并且有不受稳定性约束、容易进行多尺度分析等优点.而常规的频率域方法无法适应不相等空间采样间隔的情况,为了提... 正演是反演的基础,正演的结果是否准确在很大程度上都会影响反演结果的精度.与时间域正演相比,频率域正演不存在累积误差,并且有不受稳定性约束、容易进行多尺度分析等优点.而常规的频率域方法无法适应不相等空间采样间隔的情况,为了提高频率域正演模拟算法的适应性,本文将平均导数的思想加入到频率域有限差分格式中,使用21点算子近似拉普拉斯项和质量加速项,推导了基于平均导数方法(Average-Derivative Method,ADM)的21点有限差分格式,计算了差分系数和频散条件.模型试算验证了ADM21点差分算法在确保精度的前提下,有效地减少了运算时间,提高了正演模拟的效率. 展开更多
关键词 平均导数法 21点有限差分格式 最小二乘法 频率域正演
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初始间断诱导非物理波动及其消减算法
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作者 刘君 韩芳 +1 位作者 孙逸轩 刘瑜 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2024年第11期18-32,I0001,共16页
使用激波捕捉法求解以数学间断作为初始条件的无黏可压缩流场时,间断结构会逐渐演变为包含多个网格节点的数值过渡区,在此过程中会产生两个平行于间断且规则分布的非物理波动。使用捕捉法计算激波流场时,流场参数应满足修正方程,但作为... 使用激波捕捉法求解以数学间断作为初始条件的无黏可压缩流场时,间断结构会逐渐演变为包含多个网格节点的数值过渡区,在此过程中会产生两个平行于间断且规则分布的非物理波动。使用捕捉法计算激波流场时,流场参数应满足修正方程,但作为初始条件进行计算的初始激波满足Euler方程,两者之间的矛盾是产生初始激波诱导非物理波动的原因。鉴于激波等间断是由特征型Euler方程定义的,从该方程出发构造了一种基于特征值迎风特性的通量计算格式(upwind flux scheme based on characteristics,UFSC),并采用若干种常规守恒型通量分裂格式作为参考。数值计算结果表明,UFSC可以消除Steger-Warming、Van Leer等矢通量分裂格式的初始接触间断诱导非物理波动,还可以减小初始激波诱导扰动的幅值。在光滑流场区域,UFSC和矢通量分裂格式的计算结果相近,但是在强激波附近会出现较大的压力尖峰。为克服这一缺陷,进一步构造了在激波区域和其他区域分别采用Steger-Warming格式和UFSC格式计算的混合通量计算格式UFSC+S,可以有效抑制初始激波诱导误差,提高计算精度。 展开更多
关键词 有限差分法 通量分裂格式 初始间断 诱导非物理波动
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黏声波方程波场模拟的通用格式自适应系数频域有限差分方法 被引量:2
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作者 徐文豪 巴晶 +1 位作者 J.M.Carcione 朱鹤松 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期654-669,共16页
黏声波方程常被用于描述地下介质的黏弹性及波的传播现象,频域有限差分(finite difference frequency domain,FDFD)方法是黏声波和黏弹性波波场模拟的常用工具.目前FDFD黏声波模拟常用的二阶五点方法和优化九点方法在一个波长内的网格... 黏声波方程常被用于描述地下介质的黏弹性及波的传播现象,频域有限差分(finite difference frequency domain,FDFD)方法是黏声波和黏弹性波波场模拟的常用工具.目前FDFD黏声波模拟常用的二阶五点方法和优化九点方法在一个波长内的网格点数小于4时误差较大.通过令FDFD系数随一个波长内的网格点数自适应从而提高FDFD方法的精度,本文针对黏声波波场模拟发展了一种适用于不同空间采样间隔之比的通用格式自适应系数FDFD方法.同时,为了验证自适应系数FDFD方法对一般黏声波模型的有效性,本文针对三个典型的黏声波模型,分别采用解析解和基于高阶FDFD的参考解验证了所提出方法的有效性.本方法的FDFD格式通过在传统的二阶FDFD格式的基础上引入相关校正项得到,其中校正项按网格点与中心点的距离进行分类选取,同时校正项对应的自适应FDFD系数不仅和空间采样间隔之比相关,还和一个波长内的采样点数相关.所需的自适应FDFD系数可通过声波方程的数值频散关系和查找表高效给出.数值频散分析表明,在空间采样间隔相等或不等的情况下,以相速度误差不超过1%为标准,通用格式自适应系数FDFD方法所需的一个波长内的采样点数均小于2.5.数值模拟实验表明,对于不同的空间采样间隔之比,相对于常用的二阶五点FDFD方法和优化九点FDFD方法,通用格式自适应系数FDFD方法均可在相似的计算量和内存需求下,有效提高黏声波模拟的精度. 展开更多
关键词 黏声波 频域有限差分 自适应系数 波场模拟 通用格式
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迎风格式在接触间断的数值耗散及其诱导误差 被引量:1
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作者 韩芳 魏雁昕 刘君 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期51-62,共12页
在不同流场参数条件下对三种迎风格式在接触间断中的数值耗散问题进行了数值实验,并对数值耗散产生的机理进行了分析。数值计算结果和理论分析表明,矢通量分裂格式计算接触间断问题时,若流场静止或流场内存在亚声速区域,密度耗散的产生... 在不同流场参数条件下对三种迎风格式在接触间断中的数值耗散问题进行了数值实验,并对数值耗散产生的机理进行了分析。数值计算结果和理论分析表明,矢通量分裂格式计算接触间断问题时,若流场静止或流场内存在亚声速区域,密度耗散的产生会诱导出以特征速度运动的数值扰动误差,该误差对数值耗散的大小无影响,但会影响流场的速度及压力参数分布,从而改变流场的结构。在二维问题中,诱导误差相互干扰会产生大量的复杂小尺度结构,给流场结构分析带来困难。同时,在密度参数线性分布的流场中,若空间离散格式重构的对象为对流通量,使用矢通量分裂格式计算流场会产生数值误差,使计算精度难以到达二阶。 展开更多
关键词 迎风格式 有限差分格式 接触间断 数值耗散 数值误差
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适用于非静力大气模式的近似黎曼求解器应用研究
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作者 魏杰姝 陈春刚 +4 位作者 张寅钲 唐杰 沈学顺 肖锋 李兴良 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期371-384,共14页
基于多矩非静力大气模式,开展了3类垂向近似黎曼求解器应用研究。多矩非静力大气模式具有高精度与数值守恒特性,其垂向采用守恒的有限差分格式进行数值离散,而网格单元边界通量计算是通过求解黎曼问题来实现的,因此采用合适的近似黎曼... 基于多矩非静力大气模式,开展了3类垂向近似黎曼求解器应用研究。多矩非静力大气模式具有高精度与数值守恒特性,其垂向采用守恒的有限差分格式进行数值离散,而网格单元边界通量计算是通过求解黎曼问题来实现的,因此采用合适的近似黎曼求解器对准确模拟非静力大气垂直运动显得十分关键。LLF(Local Lax-Friedrich)、LMARS(Low Mach Approximate Riemann Solver)和HLLC(Harten-Lax-van Leer Contact)为计算流体力学(CFD)中常用的3种近似黎曼求解器,它们的计算代价和复杂程度逐渐增加。一维标准数值试验表明:LLF计算最为经济,但具有较强的耗散;LMARS具有适用于大气流动的假设,对于数值粘性的控制较好且计算量不大;HLLC建立的三波模型可以避免对中间特征场的过度数值耗散。基于LLF近似黎曼求解器计算经济的特点,通过优化LLF近似黎曼求解器各特征波动的粘性系数,能够实现与LMARS、HLLC近似黎曼求解器相同的性能,且计算代价最小。二维非静力数值试验表明,优化的LLF近似黎曼求解器能够规避常规LLF近似黎曼求解器的数值耗散过大问题,正确模拟小尺度非静力垂直运动,达到更复杂的LMARS、HLLC近似黎曼求解器模拟效果且并未增加计算量,这为非静力大气数值模式提供了良好的参考价值。 展开更多
关键词 近似黎曼求解器 守恒型有限差分方法 多矩约束有限体积方法 非静力大气模式
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深中通道中山大桥主桥超宽大节段钢箱梁吊装匹配技术 被引量:9
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作者 宋神友 李小祥 +2 位作者 鲁立涛 刘健 朱超宇 《桥梁建设》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期8-15,共8页
深中通道中山大桥主桥为主跨580 m的双塔双索面钢箱梁斜拉桥,主梁采用流线型扁平钢箱梁,梁宽46 m(含风嘴),主梁共划分69个节段,标准段长18 m、最大吊重约429 t,采用桥面吊机双悬臂吊装。由于钢箱梁节段自重大、宽度较大、横桥向竖向刚... 深中通道中山大桥主桥为主跨580 m的双塔双索面钢箱梁斜拉桥,主梁采用流线型扁平钢箱梁,梁宽46 m(含风嘴),主梁共划分69个节段,标准段长18 m、最大吊重约429 t,采用桥面吊机双悬臂吊装。由于钢箱梁节段自重大、宽度较大、横桥向竖向刚度较小等,在桥面吊机悬臂吊装过程中,会出现钢箱梁匹配面高差过大(最大约63 mm)的问题。为解决该问题,实现梁段精确匹配安装,提出3种钢箱梁吊装匹配方案:“门架+拉索”方案、“牛腿反力架”方案、“一字梁锁定+C形焊缝+部分张拉斜拉索”方案。经有限元仿真分析综合比选,最终选择“一字梁锁定+C形焊缝+部分张拉斜拉索”方案。该方案以箱梁竖腹板为定位点,提前焊接一字梁,采用法兰连接后锁定待拼梁段,部分焊接拼接面内箱梁形成C形焊缝;通过提前挂索并张拉部分斜拉索,减小匹配面已拼梁段横桥向竖向变形,达到箱梁匹配要求。施工中采取了匹配高差调节、局部应力控制、拼接缝宽控制等关键技术,最终将该桥钢箱梁匹配面高差减小至9.8 mm以内,钢箱梁局部应力可控,斜拉索初张过程中钢箱梁应力增量小于10 MPa,且各箱梁节段拼接缝宽可控制在1 cm以内。 展开更多
关键词 斜拉桥 流线型扁平钢箱梁 双悬臂架设 吊装匹配 匹配面高差 方案比选 有限元法 施工技术
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频率域声波方程仿射25点格式高精度数值模拟
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作者 董树立 陈景波 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期3859-3873,共15页
构造一个高效的有限差分算子在提升频率域有限差分正演模拟的计算效率方面具有重要意义.旋转坐标系法以其良好的几何特性被广泛用于各种数值格式的构造.前人开发的广义双9点格式具有较高的数值精度且适用于任意矩形网格采样.仿射坐标系... 构造一个高效的有限差分算子在提升频率域有限差分正演模拟的计算效率方面具有重要意义.旋转坐标系法以其良好的几何特性被广泛用于各种数值格式的构造.前人开发的广义双9点格式具有较高的数值精度且适用于任意矩形网格采样.仿射坐标系作为一种广义的坐标系统,以其不限制坐标轴彼此正交的特性而受到关注.在本研究中,我们基于仿射变换对广义双9点格式进行了深入分析,发现其并不严格遵循旋转坐标系方法.因为其在非均匀网格间隔和低波数下具有零阶截断精度.此外,考虑到广义双9点格式对有限差分模板利用不充分,我们基于仿射变换提出了一个具有更高精度的仿射25点格式.在相等或不等网格间距的情况下,仿射25点格式在低波数时都严格收敛.在高波数时,为限制相速度误差在1%以内,仿射25点格式仅需每最小波长的网格点数不多于2.2个.数值算例证明了仿射25点格式的准确性和优越性. 展开更多
关键词 仿射变换 双9点格式 25点格式 声波方程 频域有限差分
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含新型间断探测器的混合WCNS格式在间断无粘可压流的应用
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作者 张昊 邓小刚 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期1-11,共11页
为了让高精度数值格式在含间断和小尺度涡等复杂结构的超声速无粘可压缩流动情况下,仍能鲁棒地捕捉激波并快速得到流场高保真的模拟结果,研究了以子模板导数组合为基础的光滑度量算法,构造了精度与鲁棒性兼顾的新型间断探测器,使间断识... 为了让高精度数值格式在含间断和小尺度涡等复杂结构的超声速无粘可压缩流动情况下,仍能鲁棒地捕捉激波并快速得到流场高保真的模拟结果,研究了以子模板导数组合为基础的光滑度量算法,构造了精度与鲁棒性兼顾的新型间断探测器,使间断识别对小尺度涡也具有高分辨率;研究了混合加权紧致非线性格式(weighted compact nonlinear scheme, WCNS)方法,对流场中的光滑与间断区域分别使用线性与非线性加权格式求解,从而克服单一非线性格式在光滑区分辨率难以达到设计精度的问题。数值实验表明,使用新型间断探测器的混合WCNS格式对一维、二维Euler方程模拟结果良好,并且相比于在全流场使用局部特征分解的原始WCNS方法有计算效率的提高。 展开更多
关键词 激波捕捉 问题单元识别 有限差分法 高精度格式 双曲守恒律 无粘流动
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一维边界阻尼波动方程的三层隐式θ-差分格式及其降维算法
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作者 马湘荣 李宏 《应用数学》 北大核心 2024年第4期1087-1102,共16页
针对边界阻尼波动方程构造全离散三层隐式加权有限差分θ-格式,证明了当θ<1/2时,具有时间一阶精度和空间二阶精度;当θ=1/2时,关于时间和空间都是二阶精度格式,并证明该格式在θ≤1/2时是无条件稳定的.特别是,利用特征投影分解(POD... 针对边界阻尼波动方程构造全离散三层隐式加权有限差分θ-格式,证明了当θ<1/2时,具有时间一阶精度和空间二阶精度;当θ=1/2时,关于时间和空间都是二阶精度格式,并证明该格式在θ≤1/2时是无条件稳定的.特别是,利用特征投影分解(POD)法对该格式做降维,建立了θ-格式的POD降维算法,分析了POD降维算法解的稳定性和误差.最后,利用数值算例验证了上述所有理论结果的正确性. 展开更多
关键词 边界阻尼波动方程 有限差分格式 收敛性和稳定性 特征投影分解 优化算法
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交错网格任意阶导数有限差分格式及差分系数推导 被引量:18
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作者 杨庆节 刘财 +3 位作者 耿美霞 冯晅 郭智奇 刘洋 《吉林大学学报(地球科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第1期375-385,共11页
交错网格有限差分算法以其高效、精确、实用等优点在地震波数值模拟中得到广泛应用。目前交错网格有限差分的精度已达到时间4阶、空间2 N阶;然而在求空间三次导数时,差分格式实际上并未达到所谓的2 N阶精度,而是采用了低阶的差分格式及... 交错网格有限差分算法以其高效、精确、实用等优点在地震波数值模拟中得到广泛应用。目前交错网格有限差分的精度已达到时间4阶、空间2 N阶;然而在求空间三次导数时,差分格式实际上并未达到所谓的2 N阶精度,而是采用了低阶的差分格式及差分系数,这样有利于提高大尺度空间正演时的计算效率;但从计算精度的角度考虑,有必要推导出准确的满足2 N阶精度的交错网格有限差分格式及差分系数,以得到更高精度的正演结果。笔者利用Taylor公式展开首次推导出了可导函数任意次导数的任意偶数阶精度的差分近似式及相应的差分系数,从而完善了常规高精度交错网格有限差分算法。采用新推导的交错网格有限差分格式得到的正演波形与解析解进行了对比,证明了新推导的差分格式的正确性,并与常规差分格式的正演波形进行了比较,结果显示,新推导出的交错网格有限差分格式模拟结果稳定性好,精度更高。 展开更多
关键词 交错网格 差分格式 差分系数 高精度
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快速行进法射线追踪提高旅行时计算精度和效率的改进措施 被引量:11
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作者 李永博 李庆春 +2 位作者 吴琼 王大勇 晋达 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 2016年第3期467-473,414,共7页
快速行进法(FMM)是一种基于网格的新型射线追踪方法,其旅行时计算精度和效率受差分格式及网格剖分大小的影响。本文针对传统FMM旅行时的精度和效率存在的问题,给出三项改进措施:1加入角点计算;2细化并补充改进一阶差分计算公式;3引入Vid... 快速行进法(FMM)是一种基于网格的新型射线追踪方法,其旅行时计算精度和效率受差分格式及网格剖分大小的影响。本文针对传统FMM旅行时的精度和效率存在的问题,给出三项改进措施:1加入角点计算;2细化并补充改进一阶差分计算公式;3引入Vidale差分方法,并采用双重网格技术与三者结合。模型试算结果表明:第一项改进措施可提高一阶差分格式及其计算精度,后两项改进措施可不同程度地提高FMM旅行时计算的精度和效率,增强了FMM的适用性,有利于基于网格的射线追踪法的应用。 展开更多
关键词 快速行进法 射线追踪 差分格式 Vidale差分 双重网格
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三维波动方程时空域混合网格有限差分数值模拟方法 被引量:8
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作者 胡自多 刘威 +3 位作者 雍学善 王小卫 韩令贺 田彦灿 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期2809-2828,共20页
常规高阶和时空域高阶有限差分方法广泛应用于三维标量波动方程的数值模拟,这两种差分方法仅利用笛卡尔坐标系中的坐标轴网格点构建三维Laplace差分算子,相应的差分离散波动方程本质上仅具有2阶差分精度,模拟精度低.本文将三维笛卡尔坐... 常规高阶和时空域高阶有限差分方法广泛应用于三维标量波动方程的数值模拟,这两种差分方法仅利用笛卡尔坐标系中的坐标轴网格点构建三维Laplace差分算子,相应的差分离散波动方程本质上仅具有2阶差分精度,模拟精度低.本文将三维笛卡尔坐标系中非坐标轴网格点分为两类:坐标平面内的非坐标轴网格点和坐标平面外的非坐标轴网格点,系统推导出了两类非坐标轴网格点构建三维Laplace差分算子的方法,进而提出了一种利用坐标轴网格点和非坐标轴网格点共同构建三维Laplace差分算子的混合网格有限差分方法,并利用时空域频散关系和泰勒展开建立差分系数方程,推导出了差分系数的通解.相比常规高阶和时空域高阶差分格式的2阶差分精度,时空域混合网格差分离散波动方程理论上能够达到任意偶数阶差分精度,模拟精度显著提高,同时稳定性更强.频散分析表明:相比常规高阶和时空域高阶差分格式,在计算效率基本相同时,时空域混合网格差分格式能更有效地减小数值频散,减弱数值各向异性,模拟精度更高;在模拟精度基本相当时,混合网格差分格式能采用更大的时间采样间隔,计算效率更高.数值模拟实例进一步验证了混合网格差分格式在提高模拟精度和计算效率方面的先进性,也验证了其普遍适用性. 展开更多
关键词 差分格式 混合网格 差分系数算法 数值频散 三维Laplace差分算子
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二维各向异性介质中地震波场的高阶同位网格有限差分模拟 被引量:18
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作者 祝贺君 张伟 陈晓非 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2009年第6期1536-1546,共11页
本文将DRP/opt MacCormack有限差分格式用于模拟二维各向异性介质中的地震波传播.DRP/optMacCorma ck是一种同位网格下的差分格式,避免了传统的交错网格在计算各向异性问题时由于变量插值而导致的误差.而且相对于低阶同位网格差分格式,... 本文将DRP/opt MacCormack有限差分格式用于模拟二维各向异性介质中的地震波传播.DRP/optMacCorma ck是一种同位网格下的差分格式,避免了传统的交错网格在计算各向异性问题时由于变量插值而导致的误差.而且相对于低阶同位网格差分格式,它具有低色散、低耗散的优点.此格式将中心差分算子分成前向和后向两个空间单边差分,然后在4-6步Runge-Kutta时间积分中使用单边差分组合.在具有垂直对称轴的横向各向同性(VTI)模型下,通过对比DRP/opt MacCormack有限差分和谱元方法的模拟结果,验证了前者具有很高的精度和稳定性.由于实际地质条件下TI介质的对称轴通常是倾斜的(TTI),本文在二维三分量框架下模拟TTI介质中的地震波场.结果显示横波分裂和切平面/反平面运动耦合的特征.数值实验表明DRP/opt MacCormack是一种有效的研究各向异性介质中地震波传播规律的差分格式. 展开更多
关键词 有限差分 DRP/opt MacCormack格式 理论地震图 各向异性 TTI介质
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用于声波方程数值模拟的时间-空间域有限差分系数确定新方法 被引量:15
16
作者 梁文全 杨长春 +1 位作者 王彦飞 刘红伟 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第10期3497-3506,共10页
声波方程数值模拟已广泛应用于理论地震计算,同时构成了地震逆时偏移成像技术的基础.对于有限差分法而言,在满足一定的稳定性条件时,普遍存在着因网格化而形成的数值频散效应.如何有效地缓解或压制数值频散是有限差分方法研究的关键所在... 声波方程数值模拟已广泛应用于理论地震计算,同时构成了地震逆时偏移成像技术的基础.对于有限差分法而言,在满足一定的稳定性条件时,普遍存在着因网格化而形成的数值频散效应.如何有效地缓解或压制数值频散是有限差分方法研究的关键所在.为精确求解空间偏导数,相继发展了高阶差分格式优化方法和伪谱方法.近期,为更好地缓解数值频散,提出了时间-空间域有限差分方法,该方法采用了泰勒展开近似方法来确定有限差分格式系数,因而只能保证在一定的小范围内很好的拟合波场传播规律.为进一步压制数值频散效应,本文引入了时间-空间域特定波数点满足频散关系的方法,根据震源、波速和网格间距确定波数范围,同时考虑了多个传播角度,然后建立方程确定了相应的有限差分格式系数,使得差分系数能在更大范围符合波场传播规律.通过频散分析和正演模拟,验证了本文方法的有效性. 展开更多
关键词 声波正演 时间一空间域 有限差分格式 频散关系
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A numerical study of 1-D nonlinear P-wave propagation in solid 被引量:10
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作者 郑海山 张中杰 杨宝俊 《地震学报》 CSCD 北大核心 2004年第1期77-83,共7页
Two central schemes of finite difference (FD) up to different accuracy orders of space sampling step Dx (Fourth order and Sixth order respectively) were used to study the 1-D nonlinear P-wave propagation in the nonlin... Two central schemes of finite difference (FD) up to different accuracy orders of space sampling step Dx (Fourth order and Sixth order respectively) were used to study the 1-D nonlinear P-wave propagation in the nonlinear solid media by the numerical method. Distinctly different from the case of numerical modeling of linear elastic wave, there may be several difficulties in the numerical treatment to the nonlinear partial differential equation, such as the steep gradients, shocks and unphysical oscillations. All of them are the great obstacles to the stability and conver-gence of numerical calculation. Fortunately, the comparative study on the modeling of nonlinear wave by the two FD schemes presented in the paper can provide us with an easy method to keep the stability and convergence in the calculation field when the product of the absolute value of nonlinear coefficient and the value of u/x are small enough, namely, the value of bu/x is much smaller than 1. Several results are founded in the numerical study of nonlinear P-wave propagation, such as the waveform aberration, the generation and growth of harmonic wave and the energy redistribution among different frequency components. All of them will be more violent when the initial amplitude A0 is larger or the nonlinearity of medium is stronger. Correspondingly, we have found that the nonlinear P-wave propagation velocity will change with different initial frequency f of source wave or the wave velocity c (equal to the P-wave velocity in the same medium without considering nonlinearity). 展开更多
关键词 数值模拟 精度 中心差分格式 扰动 非线性波
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三维泊松方程的高精度多重网格解法 被引量:18
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作者 葛永斌 田振夫 马红磊 《应用数学》 CSCD 北大核心 2006年第2期313-318,共6页
利用对称网格点泰勒展开式中各阶导数项明显的对称性,得到了数值求解三维泊松方程的四阶和六阶精度的紧致差分格式,其推导过程简便直接.为了克服传统迭代法在求解高维问题时计算量大、收敛速度慢的缺陷,采用了多重网格加速技术,设计了... 利用对称网格点泰勒展开式中各阶导数项明显的对称性,得到了数值求解三维泊松方程的四阶和六阶精度的紧致差分格式,其推导过程简便直接.为了克服传统迭代法在求解高维问题时计算量大、收敛速度慢的缺陷,采用了多重网格加速技术,设计了相应的多重网格算法,求解了三维泊松方程的Dirichlet边值问题.数值实验结果表明,本文所提出的高精度紧致格式达到了期望的精度并且多重网格方法的加速效果是非常显著的. 展开更多
关键词 泊松方程 有限差分法 高阶紧致格式 多重网格
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DCD格式在破碎发射药床两相流内弹道计算中的应用 被引量:7
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作者 贠来峰 芮筱亭 +1 位作者 王国平 陈涛 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第3期295-300,共6页
利用DCD(dispersion controlled dissipative scheme)格式,提出了一种研究发射装药发射安全性问题的两相流内弹道计算方法。将内弹道气固两相流动力学方程组中与压力有关的项进行变形,实现了用同一种格式对气相和固相统一处理,而无须分... 利用DCD(dispersion controlled dissipative scheme)格式,提出了一种研究发射装药发射安全性问题的两相流内弹道计算方法。将内弹道气固两相流动力学方程组中与压力有关的项进行变形,实现了用同一种格式对气相和固相统一处理,而无须分别对待,采用DCD格式无须数值粘性和人工滤波,提高了计算精度。实例计算了某榴弹内弹道两相流动力学,计算结果与实验结果吻合较好。把破碎发射药床视为混合装药结构,用DCD格式计算了发射药床不同破碎程度对发射安全性的影响。计算结果表现出了通常计算方法难以反映的破碎发射药床内弹道压力极为剧烈的变化过程和极高的危险膛压。 展开更多
关键词 流体力学 两相流 发射装药 DCD格式 内弹道 发射安全性 差分格式
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三类陆面模式模拟土壤湿度廓线的对比研究 被引量:12
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作者 张述文 李得勤 邱崇践 《高原气象》 CSCD 北大核心 2009年第5期988-996,共9页
针对不同陆面模式对土壤湿度方程求解方法以及对土壤分层结构的差异,本文选取了三类陆面模式(CLM,CABLE和ECMWF陆面模式)作比较研究。为了避免不同模式参数化方案引起的上边界误差,上边界采用固定蒸发率、入渗率和固定表层土壤湿度三类... 针对不同陆面模式对土壤湿度方程求解方法以及对土壤分层结构的差异,本文选取了三类陆面模式(CLM,CABLE和ECMWF陆面模式)作比较研究。为了避免不同模式参数化方案引起的上边界误差,上边界采用固定蒸发率、入渗率和固定表层土壤湿度三类边界条件。土壤分层采用101层(细网格)和11层(粗网格)两种,并考虑土壤性质沿深度变化。结果表明:当土壤性质均匀时,求解的差别主要在第三类边界条件下CLM求出的水分入渗速度比其它两种快;改用粗网格后由于土壤深层厚度加大无法与细网格得出的土壤湿度廓线相重合。当土壤性质非均匀时,模拟结果间差别加大,只有ECMWF模式模拟的土壤湿度廓线是严格连续的。对于模式和上边界的不同组合,粗、细网格模拟结果间均方根偏差不一致。一般而言,CABLE模拟的偏差除第一类条件较小外,其它都是最大的。第二三类边界条件引起的偏差较大,第一类最小。上述结果提示我们,在比较不同陆面模式以及用观测资料来检验模拟结果时应充分考虑土壤分层及土壤性质非均匀性的可能影响。 展开更多
关键词 土壤湿度 陆面模式 差分格式
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