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弱形式时域完美匹配层——滞弹性近场波动数值模拟
被引量：
10
1
作者
谢志南
郑永路
+1 位作者
章旭斌
唐丽华
《地球物理学报》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2019年第8期3140-3154,共15页
本文旨在构建适用于滞弹性近场时域波动有限元模拟的高精度人工边界条件:完美匹配层(Perfectly Matched Layer:PML),其中阻尼介质时域本构基于广义标准线性体建立.与以往研究不同,本文采用复坐标延拓技术变换弱形式波动方程构建了可直...
本文旨在构建适用于滞弹性近场时域波动有限元模拟的高精度人工边界条件:完美匹配层(Perfectly Matched Layer:PML),其中阻尼介质时域本构基于广义标准线性体建立.与以往研究不同,本文采用复坐标延拓技术变换弱形式波动方程构建了可直接用有限元离散的弱形式时域PML,规避以往独立对无限域内波动方程及界面条件进行延拓可导致的PML场方程和界面条件匹配不合理引发数值失稳、计算精度低下等问题.其次,针对PML中多极点有理分式与频域函数乘积的傅里叶反变换难以计算的问题,利用PML精度对复坐标延拓函数中延拓参数微调不敏感这一特点,明确给出了参数微调准则以规避多重极点,进而利用有理分式分解给出了一种普适、简便的计算方法,极大地简化了PML计算.基于该方法可实现任意高阶PML.最后,将本文构建滞弹性PML与高阶勒让德谱元(高精度集中质量有限元)结合得到滞弹性近场波动谱元离散方案.基于算例验证了滞弹性PML的计算效率、精度及新离散方案的长持时稳定特性.新离散方案可应用于计入实际介质阻尼的地震波动正、反问题数值模拟,提高波形模拟的精度以及地下波速结构反演的精度和可靠性.
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关键词
滞弹性
广义标准线性体
完美匹配层
勒让德谱元
波动模拟
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职称材料
常Q滞弹性介质地震波动数值模拟--时域本构优化逼近
被引量：
3
2
作者
谢志南
郑永路
章旭斌
《地球物理学报》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2018年第10期4007-4020,共14页
在地震波动模拟中计入常Q滞弹性阻尼,可有效降低模拟波形的误差.就时域有限差分和有限元模拟而言,常基于广义标准线性体建立阻尼介质的时域本构逼近.广义标准线性体由若干标准线性体并联得到,增加标准线性体个数能有效提高模拟精度,但...
在地震波动模拟中计入常Q滞弹性阻尼,可有效降低模拟波形的误差.就时域有限差分和有限元模拟而言,常基于广义标准线性体建立阻尼介质的时域本构逼近.广义标准线性体由若干标准线性体并联得到,增加标准线性体个数能有效提高模拟精度,但计算量及计算存储将成倍增长.目前尚未有普适的标准线性体个数优化取值方案.本文基于广义标准线性体参数的非线性优化拟合方法,详细分析了时域本构逼近误差的影响因素,清楚揭示了逼近误差仅取决于频带宽度,与频带上下限取值无关这一特性,阐明了构建具有普适性标准线性体个数优化取值方案的可行性.论证了波形模拟精度主要取决于波传播距离与模拟波长的比值以及标准线性体的个数取值.综合考虑上述两个控制因素,结合在波动正反演问题中广为采纳的波形时频误差衡量准则,对不同Q值介质给出了标准线性体个数优化取值表.进一步,本文提出采用不同个数标准线性体以近似不同Q值的阻尼介质时域本构,解决了以往波动数值模拟中统一采用相同个数标准线性体而导致的计算量及计算存储浪费或模拟精度低下等问题,并基于数值实验验证了这一方法的精度.本文工作对推进滞弹性介质波动数值模拟及其在全波形反演问题中的应用具有理论价值和实践意义.
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关键词
滞弹性
地震波动模拟
常Q
广义标准线性体
时域本构
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职称材料
题名
弱形式时域完美匹配层——滞弹性近场波动数值模拟
被引量：
10
1
作者
谢志南
郑永路
章旭斌
唐丽华
机构
中国地震局工程力学研究所
新疆维吾尔自治区地震局
出处
《地球物理学报》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2019年第8期3140-3154,共15页
基金
国家重点研发计划(2018YFC1504004)
国家自然科学基金(51678539)
+1 种基金
地震星火计划(XH19051)
黑龙江省级资助(GX16C006)联合资助
文摘
本文旨在构建适用于滞弹性近场时域波动有限元模拟的高精度人工边界条件:完美匹配层(Perfectly Matched Layer:PML),其中阻尼介质时域本构基于广义标准线性体建立.与以往研究不同,本文采用复坐标延拓技术变换弱形式波动方程构建了可直接用有限元离散的弱形式时域PML,规避以往独立对无限域内波动方程及界面条件进行延拓可导致的PML场方程和界面条件匹配不合理引发数值失稳、计算精度低下等问题.其次,针对PML中多极点有理分式与频域函数乘积的傅里叶反变换难以计算的问题,利用PML精度对复坐标延拓函数中延拓参数微调不敏感这一特点,明确给出了参数微调准则以规避多重极点,进而利用有理分式分解给出了一种普适、简便的计算方法,极大地简化了PML计算.基于该方法可实现任意高阶PML.最后,将本文构建滞弹性PML与高阶勒让德谱元(高精度集中质量有限元)结合得到滞弹性近场波动谱元离散方案.基于算例验证了滞弹性PML的计算效率、精度及新离散方案的长持时稳定特性.新离散方案可应用于计入实际介质阻尼的地震波动正、反问题数值模拟,提高波形模拟的精度以及地下波速结构反演的精度和可靠性.
关键词
滞弹性
广义标准线性体
完美匹配层
勒让德谱元
波动模拟
Keywords
Viscoelasticity
Generalized standard linear solid
Perfectly Matched Layer
Legendre spectral element
Wave simulation
分类号
P631 [天文地球—地质矿产勘探]
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职称材料
题名
常Q滞弹性介质地震波动数值模拟--时域本构优化逼近
被引量：
3
2
作者
谢志南
郑永路
章旭斌
机构
中国地震局工程力学研究所
出处
《地球物理学报》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2018年第10期4007-4020,共14页
基金
国家科技支撑计划课题(2015BAK17B01)
国家自然科学基金(51678539)
黑龙江省国家科技重大专项和重点研发项目省级资助资金(GX16C006)资助.
文摘
在地震波动模拟中计入常Q滞弹性阻尼,可有效降低模拟波形的误差.就时域有限差分和有限元模拟而言,常基于广义标准线性体建立阻尼介质的时域本构逼近.广义标准线性体由若干标准线性体并联得到,增加标准线性体个数能有效提高模拟精度,但计算量及计算存储将成倍增长.目前尚未有普适的标准线性体个数优化取值方案.本文基于广义标准线性体参数的非线性优化拟合方法,详细分析了时域本构逼近误差的影响因素,清楚揭示了逼近误差仅取决于频带宽度,与频带上下限取值无关这一特性,阐明了构建具有普适性标准线性体个数优化取值方案的可行性.论证了波形模拟精度主要取决于波传播距离与模拟波长的比值以及标准线性体的个数取值.综合考虑上述两个控制因素,结合在波动正反演问题中广为采纳的波形时频误差衡量准则,对不同Q值介质给出了标准线性体个数优化取值表.进一步,本文提出采用不同个数标准线性体以近似不同Q值的阻尼介质时域本构,解决了以往波动数值模拟中统一采用相同个数标准线性体而导致的计算量及计算存储浪费或模拟精度低下等问题,并基于数值实验验证了这一方法的精度.本文工作对推进滞弹性介质波动数值模拟及其在全波形反演问题中的应用具有理论价值和实践意义.
关键词
滞弹性
地震波动模拟
常Q
广义标准线性体
时域本构
Keywords
Viscoelasticity
Seismic wave simulation
Constant Q
Generalized standard linear solid
Time-domain constitution
分类号
P315 [天文地球—地震学]
P631 [天文地球—地质矿产勘探]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
弱形式时域完美匹配层——滞弹性近场波动数值模拟
谢志南
郑永路
章旭斌
唐丽华
《地球物理学报》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2019
10
在线阅读
下载PDF
职称材料
2
常Q滞弹性介质地震波动数值模拟--时域本构优化逼近
谢志南
郑永路
章旭斌
《地球物理学报》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2018
3
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职称材料
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