两种边界处理方法对孔隙弹性介质中弹性波数值模拟的效果分析

1

作者 张喆安 白云龙 +1 位作者 王书黎 刘龙成 《地质与勘探》 北大核心 2025年第3期525-535,共11页

本文基于Biot理论,通过数值模拟方法研究阻尼吸收边界条件(DABC)和近似完全匹配层边界条件(NPML)在孔隙弹性介质中对截断区域边界处弹性波传播的影响。首先在极坐标中推导了两种边界条件下的波动方程离散形式,然后通过改变吸收强度参数... 本文基于Biot理论,通过数值模拟方法研究阻尼吸收边界条件(DABC)和近似完全匹配层边界条件(NPML)在孔隙弹性介质中对截断区域边界处弹性波传播的影响。首先在极坐标中推导了两种边界条件下的波动方程离散形式,然后通过改变吸收强度参数与边界层数进行了大量数值实验,比较不同参数设置下两种边界条件在吸收效果和计算效率上的表现。研究发现,NPML在吸收效果上优于DABC,能够更有效地吸收来自不同方向的直达波,减少反射波对信号采集的干扰。但NPML的计算复杂度和实现难度较高。DABC实现简单且计算效率较高,但对以低角度入射波的吸收效果有限。通过对吸收强度参数和边界层数的优化,确定了DABC的最佳吸收强度参数范围为0.0027~0.0052,边界层数增加至25层时,反射波幅值减少到原来的5%。NPML的最佳吸收强度参数范围为0.0001~0.0014,可以在较少的边界层数下取得更好的吸收效果。本次研究为孔隙弹性介质中弹性波数值模拟提供了高效可靠的边界条件选择方案,并为相关数值模拟方法的改进和工程应用问题中边界条件的设计提供了参考。 展开更多

关键词 阻尼吸收边界条件 完全匹配层边界条件 弹性波 数值模拟 有限差分

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MPSTD算法子域分界面上的CV-PB匹配条件 被引量：4

2

作者 姜永金 柴舜连 毛钧杰 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第12期2226-2230,共5页

针对多域伪谱时域算法(MPSTD)中子域分界面两侧为不同介质的情形,将特征变量法与物理边界条件相结合提出一种新的子域分界面匹配条件:特征变量-物理边界(CV-PB)匹配条件,并推导得到一般3D曲线坐标系中子域分界面上的场值更新关系.最后... 针对多域伪谱时域算法(MPSTD)中子域分界面两侧为不同介质的情形,将特征变量法与物理边界条件相结合提出一种新的子域分界面匹配条件:特征变量-物理边界(CV-PB)匹配条件,并推导得到一般3D曲线坐标系中子域分界面上的场值更新关系.最后给出的数值实例将其与传统分界面匹配条件在算法稳定性、计算精度方面做了比较.多种情形下的数值仿真表明,该匹配条件比传统匹配条件的数值稳定性更好、精度更高. 展开更多

关键词 多域伪谱时域算法 子域分界面匹配条件 特征变量.物理边界(CV-PB)匹配条件

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MPSTD算法中子域分界面匹配条件的比较研究 被引量：2

3

作者 姜永金 陈忠宽 +1 位作者 毛钧杰 柴舜连 《电波科学学报》 EI CSCD 北大核心 2006年第3期337-341,346,共6页

针对多区域伪谱时域算法(MPSTD)中子域分界面两侧为不同介质的情形,提出了特征变量物理边界(CVPB)子域分界面匹配条件,然后在总结现有子域分界面匹配条件的基础上,分别比较了子域分界面两侧为相同和不同介质时各种子域分界面匹配条件的... 针对多区域伪谱时域算法(MPSTD)中子域分界面两侧为不同介质的情形,提出了特征变量物理边界(CVPB)子域分界面匹配条件,然后在总结现有子域分界面匹配条件的基础上,分别比较了子域分界面两侧为相同和不同介质时各种子域分界面匹配条件的稳定性。数值仿真表明,在子域分界面两侧为相同介质材料时采用特征变量法匹配条件,而在子域分界面两侧为不同介质材料时采用CVPB匹配条件,可使得MPSTD算法稳定性最好。 展开更多

关键词 多区域伪谱时域算法 子域分界面匹配条件 特征变量-物理边界(CV-PB)匹配条件

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三维PML吸收边界条件在微带线不连续性问题分析中的应用

4

作者 周平 徐善驾 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2001年第6期451-454,共4页

将完全匹配层 (PML )吸收边界条件从求解二维 TE/TM模问题推广到求解三维混合模传输线问题 .通过对各种三维微带线不连续性结构散射特性的计算表明 ,文中给出的电磁 PML 吸收边界条件保持了二维情况下宽带、高精度的优点 ,在复杂结构的 ... 将完全匹配层 (PML )吸收边界条件从求解二维 TE/TM模问题推广到求解三维混合模传输线问题 .通过对各种三维微带线不连续性结构散射特性的计算表明 ,文中给出的电磁 PML 吸收边界条件保持了二维情况下宽带、高精度的优点 ,在复杂结构的 FDTD分析中具有重要的实用意义 . 展开更多

关键词 安全匹配吸收边界条件 时域有限差分法 不连续性 微带线 PML 散射特性 微波 电磁波

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阻尼色散波的人工边界条件

5

作者 黄良易 王贤明 《高技术通讯》 CAS 2023年第11期1192-1201,共10页

本文设计阻尼色散波问题的数值人工边界条件。本文采用匹配边界条件方法,通过匹配阻尼色散波的特征频率-波数关系,构造了准确的局部人工边界条件。匹配边界条件方法利用人工边界附近原子位移、速度的线性组合形式构造人工边界条件,并通... 本文设计阻尼色散波问题的数值人工边界条件。本文采用匹配边界条件方法,通过匹配阻尼色散波的特征频率-波数关系,构造了准确的局部人工边界条件。匹配边界条件方法利用人工边界附近原子位移、速度的线性组合形式构造人工边界条件,并通过匹配色散波频率-波数关系的方式确定其组合系数。本文以一维无限长阻尼单原子链为例,以频率而非波数作为自变量,建立了阻尼色散波的频率-复数波数关系式。通过匹配该色散关系构造的匹配边界条件能够有效处理不同波速、不同空间衰减率的阻尼波。反射系数分析和数值算例均验证了此人工边界条件的有效性。该人工边界条件形式紧凑、构造方便、计算量小、吸收高效,适用于晶体的分子动力学模拟及多尺度计算。 展开更多

关键词 阻尼色散波 人工边界条件 匹配边界条件 色散关系 反射系数 多尺度计算

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任意倾斜各向异性介质中弹性波波场交错网格高阶有限差分法模拟 被引量：18

6

作者 裴正林 王尚旭 《地震学报》 CSCD 北大核心 2005年第4期441-451,共11页

给出了任意倾斜各向异性介质中二维三分量一阶应力速度弹性波方程交错网格任意偶数阶精度有限差分格式及其稳定性条件,并推导出了二维任意倾斜各向异性介质完全匹配吸收层法边界条件公式和相应的交错网格任意偶数阶精度差分格式.数值模... 给出了任意倾斜各向异性介质中二维三分量一阶应力速度弹性波方程交错网格任意偶数阶精度有限差分格式及其稳定性条件,并推导出了二维任意倾斜各向异性介质完全匹配吸收层法边界条件公式和相应的交错网格任意偶数阶精度差分格式.数值模拟结果表明,该方法模拟精度高,计算效率高,边界吸收效果好.各向异性介质中弹性波波前面形态复杂,且qP波波速不总是比qS波波速快.qS波波前面和同相轴的三分叉现象普遍,且其同相轴一般不是双曲线型.当TI介质倾斜时,3个分量上均能够观测到横波分裂现象,而且各波形的同相轴变得不对称. 展开更多

关键词 各向异性介质 交错网格 高阶有限差分 完全匹配吸收层边界条件

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标量地震波频率-空间域有限差分法数值模拟 被引量：17

7

作者 任浩然 王华忠 龚婷 《石油物探》 EI CSCD 北大核心 2009年第1期20-26,共7页

讨论了频率-空间域优化有限差分算子地震波场模拟方法。推导了频率-空间域双程波高阶有限差分算子,计算了9点有限差分系数;提出了一种节省内存的存储策略,对稀疏矩阵和稀疏矩阵LU分解后的矩阵采用了节省内存的存储策略,使内存空间的需... 讨论了频率-空间域优化有限差分算子地震波场模拟方法。推导了频率-空间域双程波高阶有限差分算子,计算了9点有限差分系数;提出了一种节省内存的存储策略,对稀疏矩阵和稀疏矩阵LU分解后的矩阵采用了节省内存的存储策略,使内存空间的需求量大幅度降低,可以利用本方法进行具有生产规模的地震波正演模拟;推导了依赖于频率的最佳匹配层吸收边界条件,获得了很好的吸收效果。洼陷模型和Marmousi模型数值模拟试验表明,方法可行且有效,在节约计算机资源的同时,计算精度也能得到保证。 展开更多

关键词 频率-空间域 有限差分法 标量波方程 最佳匹配层吸收边界条件 地震波正演模拟

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三维各向同性介质弹性波方程交错网格高阶有限差分法模拟 被引量：43

8

作者 裴正林 《石油物探》 EI CSCD 2005年第4期308-315,共8页

给出了三维各向同性介质中一阶应力-速度弹性波方程交错网格任意偶数阶精度有限差分格式,推导出了三维各向同性弹性介质完全匹配层吸收边界条件公式和相应的交错网格高阶有限差分格式。对三维French 模型进行了弹性波模拟,结果表明,该... 给出了三维各向同性介质中一阶应力-速度弹性波方程交错网格任意偶数阶精度有限差分格式,推导出了三维各向同性弹性介质完全匹配层吸收边界条件公式和相应的交错网格高阶有限差分格式。对三维French 模型进行了弹性波模拟,结果表明,该方法模拟精度高,边界吸收效果好。在三维French模型的xoz平面和yoz 平面的弹性波场快照中可以见到断面反射波、侧面反射波和散射波等波场特征。多次侧面反射波和多次散射波说明不同三维构造所形成的波场是相互影响的。 展开更多

关键词 三维各向同性介质 弹性波 交错网格 高阶有限差分 完全匹配层吸收边界条件

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介质层厚度无序对Bragg微腔模式的影响(英文)

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作者 郑改革 史林兴 +2 位作者 王海娇 蒋立勇 李相银 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第3期587-591,共5页

采用本征模展开法(EME)结合完全匹配层(PML)边界条件,研究了由TiO2和SiO2复合膜结构组成的平面光子晶体Bragg微腔的模式特性,分析了介质厚度无序对微腔模式的调制以及入射角对局域长度的影响.结果表明,若光束正入射,带边局域长度要大于... 采用本征模展开法(EME)结合完全匹配层(PML)边界条件,研究了由TiO2和SiO2复合膜结构组成的平面光子晶体Bragg微腔的模式特性,分析了介质厚度无序对微腔模式的调制以及入射角对局域长度的影响.结果表明,若光束正入射,带边局域长度要大于禁带局域长度,随着无序度的增加光子通带的透过率逐渐降低,而禁带的透过率逐渐上升.当无序度较小时,局域长度随随机度的变化在带边和禁带内表现出相反的规律.当无序度较大时,局域长度不仅和随机度、带隙有关,还受到材料的影响;若光束斜入射,TE模的局域长度要远小于TM模对应的值,且其最小值向短波方向移动。此外,入射角和膜层数的变化都会导致局域长度的起伏. 展开更多

关键词 布拉格微腔 本征模展开法 完全匹配层边界条件 厚度无序

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平坦/粗糙地表下目标散射特性的MPSTD算法分析 被引量：4

10

作者 杨虎 姜永金 毛钧杰 《微波学报》 CSCD 北大核心 2007年第6期1-6,共6页

将MPSTD算法与特征变量-物理边界(CV-PB)匹配条件相结合来模拟探地雷达(GPR)问题,对平坦地表/粗糙地表下不同电磁参数、不同形状目标的散射特性进行了分析。由于这类电磁问题中不仅存在多种类型的子域分界面,而且子域分界面两侧存在多... 将MPSTD算法与特征变量-物理边界(CV-PB)匹配条件相结合来模拟探地雷达(GPR)问题,对平坦地表/粗糙地表下不同电磁参数、不同形状目标的散射特性进行了分析。由于这类电磁问题中不仅存在多种类型的子域分界面,而且子域分界面两侧存在多种媒质参数,所以它的准确分析不仅进一步验证了CV-PB匹配条件的有效性和准确性,而且也为电大尺寸空间复杂地表、复杂媒质中曲面形状目标体散射特性的快速、准确分析提供了一种思路。 展开更多

关键词 多区域时域伪谱(MPSTD)算法 特征变量-物理边界(CV—PB)匹配条件 探地雷达(GPR)

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时域有限差分法通用可视化计算的面向对象设计 被引量：2

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作者 董晓婷 汪文秉 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第6期652-654,共3页

运用面向对象方法设计了时域有限差分法可视化计算的通用软件 ,通过将网格处的媒质参数抽象成单独的类 ,与迭代过程分离 ,使得该程序广泛适用于各种计算模型 ,解决了传统的结构化程序只针对特定问题的局限 .针对色散问题差分格式的特殊... 运用面向对象方法设计了时域有限差分法可视化计算的通用软件 ,通过将网格处的媒质参数抽象成单独的类 ,与迭代过程分离 ,使得该程序广泛适用于各种计算模型 ,解决了传统的结构化程序只针对特定问题的局限 .针对色散问题差分格式的特殊性 ,详细介绍了色散媒质参数的处理过程 ,还讨论了用一般媒质来实现理想匹配层吸收边界条件的方法 .计算结果用DirectX可以实现实时灰度图和波形图的显示 . 展开更多

关键词 时域有限差分法 面向对象设计 科学可视化计算 色散煤质 理想匹配层吸收边界条件

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