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完全匹配层吸收边界条件的研究 被引量:52
1
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(PML) 吸收边界 正演模拟
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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
2
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 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
3
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 吸收边界 时域有限差分方法 近似完全匹配
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曲线坐标系下的完全匹配层吸收边界条件 被引量:3
4
作者 刘志强 孙建国 +3 位作者 孙辉 刘明忱 高正辉 石秀林 《吉林大学学报(地球科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第6期1875-1884,共10页
在地震波数值模拟中,需要采用吸收边界条件以吸收人为边界反射。本文针对曲线坐标系下的二阶弹性波方程提出了一种完全匹配层(PML)吸收边界条件。与直角坐标系下的PML吸收边界条件类似,曲线坐标系下的PML吸收边界条件是一种在频率域中... 在地震波数值模拟中,需要采用吸收边界条件以吸收人为边界反射。本文针对曲线坐标系下的二阶弹性波方程提出了一种完全匹配层(PML)吸收边界条件。与直角坐标系下的PML吸收边界条件类似,曲线坐标系下的PML吸收边界条件是一种在频率域中给出的人工边界条件,由相应的复坐标变换得到。在变换到时间域后,完全匹配层中将出现复杂的卷积运算。为了避免这些卷积运算,引入了4个中间变量。为了简化自由边界条件,采用正交贴体网格对起伏地表模型进行网格剖分。数值算例表明,该方法可以有效消除人为边界反射。 展开更多
关键词 人为边界反射 完全匹配吸收边界 正交贴体网格
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关于完全匹配层吸收边界条件中差分格式的讨论 被引量:4
5
作者 黄斌科 蒋延生 汪文秉 《微波学报》 CSCD 北大核心 2003年第4期1-4,共4页
对完全匹配层 (PML)中Maxwell方程差分格式的推导 ,本文认为文献 [1]求解微分方程时有不妥之处 ,给出了改正。根据PML介质中电磁波传播特性 ,我们还用直接方法导出差分格式的不同形式 ,在证明两者一致的同时指出后者更具精确性 ,并易于... 对完全匹配层 (PML)中Maxwell方程差分格式的推导 ,本文认为文献 [1]求解微分方程时有不妥之处 ,给出了改正。根据PML介质中电磁波传播特性 ,我们还用直接方法导出差分格式的不同形式 ,在证明两者一致的同时指出后者更具精确性 ,并易于编程实现。 展开更多
关键词 完全匹配 吸收边界条件 微分方程 差分格式 微分方程 TAYLOR展开 电磁波传播
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声波完全匹配层吸收边界条件的改进算法 被引量:43
6
作者 陈可洋 《石油物探》 EI CSCD 北大核心 2009年第1期76-79,共4页
传统位移形式的声波完全匹配层(PML)吸收边界条件以三分裂位移参量来构建,需要求解时间3阶导数,计算量大,计算时间长。为此,提出了一种改进的声波分裂PML吸收边界条件。阐述了传统和改进的PML吸收边界条件的构建原理,通过数值模拟讨论... 传统位移形式的声波完全匹配层(PML)吸收边界条件以三分裂位移参量来构建,需要求解时间3阶导数,计算量大,计算时间长。为此,提出了一种改进的声波分裂PML吸收边界条件。阐述了传统和改进的PML吸收边界条件的构建原理,通过数值模拟讨论了改进和传统的PML吸收边界以及低阶Higdon吸收边界对边界反射的吸收效果。结果表明,低阶Higdon吸收边界条件吸收效果较差,在波场快照和模拟记录中存在较强的边界反射;改进的PML吸收边界条件与传统的PML吸收边界条件效果相当,均能有效地吸收衰减任意角度的边界反射波。改进算法用褶积近似运算代替时间3阶导数的求解,因此简化了计算过程,减少了计算量,是一种高效稳健的算法。 展开更多
关键词 完全匹配 吸收边界条件 声波波动方程 高阶有限差分 算法改进
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完全匹配层吸收边界条件研究 被引量:63
7
作者 陈可洋 《石油物探》 EI CSCD 北大核心 2010年第5期472-477,18,共6页
为了提高人为截断边界的吸收效率,提出了一种完全匹配层边界吸收衰减因子——正、余弦型吸收衰减因子。采用声波波动方程,并应用统一格式的高阶交错网格有限差分法来构建正演递推算子实现声波全波场正演计算(边界处差分阶数依次递减)。... 为了提高人为截断边界的吸收效率,提出了一种完全匹配层边界吸收衰减因子——正、余弦型吸收衰减因子。采用声波波动方程,并应用统一格式的高阶交错网格有限差分法来构建正演递推算子实现声波全波场正演计算(边界处差分阶数依次递减)。以单层均匀介质模型为例,研究不同吸收层厚度与介质速度和声波模拟主频的关系。数值试算结果表明,不同吸收层厚度所消耗的时间按一定的函数关系变化,边界吸收层厚度与速度和最大频率之间无明确的对应关系,边界吸收层厚度所占节点数不小于6个时就可以得到较好的边界吸收效果。以Marmousi模型为例研究了完全匹配层边界吸收衰减因子在复杂地质模型中的边界吸收效果,与解析解的对比可知,该边界吸收衰减因子能在复杂地质模型中取得满意的边界吸收效果。 展开更多
关键词 完全匹配 吸收边界 条件研究 absorbing boundary condition perfectly matched layer 衰减因子 吸收效果 厚度 地质模型 声波波动方程 关系变化 MARMOUSI模型 有限差分法 最大频率 正演计算 吸收效率 统一格式 介质速度 介质模型 截断边界
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有耗介质空间完全匹配层吸收边界条件及其应用 被引量:2
8
作者 刘顺坤 陈向跃 聂鑫 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第11期1701-1704,共4页
针对Gedney提出的完全匹配层(PML)无法用于有耗各向同性计算域的截断及其对倏逝波的衰减不理想等问题,提出了一种扩展方法。扩展的PML的主要思想是在各向异性的PML中引入与有耗介质空间相一致的复介电常数和复磁导率,使之可以与有耗介... 针对Gedney提出的完全匹配层(PML)无法用于有耗各向同性计算域的截断及其对倏逝波的衰减不理想等问题,提出了一种扩展方法。扩展的PML的主要思想是在各向异性的PML中引入与有耗介质空间相一致的复介电常数和复磁导率,使之可以与有耗介质计算域相匹配。通过给PML的张量介电常数、张量磁导率增加衰减因子以加速倏逝波的衰减。构造了PML吸收效果验证模型,数值结果证明了扩展的PML在处理有耗介质计算域截断问题中的有效性。利用该吸收边界条件,采用时域有限差分法计算了电磁脉冲作用下地面铺设电缆的电磁脉冲响应,计算结果和试验结果取得了较好的一致。 展开更多
关键词 完全匹配 吸收边界条件 有耗介质 倏逝波 时域有限差分法 电磁脉冲
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广义正交坐标系FDTD算法的准完全匹配层吸收边界条件 被引量:2
9
作者 周晓军 喻志远 林为干 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第3期118-120,共3页
本文推导出了广义正交坐标系下的各向异性准完全匹配吸收层 (QPML)边界条件 ,给出了直角坐标、圆柱坐标、保角变换柱形坐标的各向异性准完全匹配吸收媒质 .
关键词 广义正交坐标系 FDTD 准完全匹配 吸收边界
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吸收边界条件和完美匹配层
10
作者 应隆安 《数学年刊(A辑)》 CSCD 北大核心 2010年第2期173-182,共10页
证明了一个Maxwell方程的完美匹配层的的充要条件.条件的核心是吸收边界条件.这个判据可以用来检验文献中的各个模型,也可用来设计一些新的模型.最后给出了一些例子.
关键词 外问题 MAXWELL方程 吸收边界条件 完美匹配
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三维间断伽辽金玻尔兹曼方法的完全匹配层吸收边界条件研究
11
作者 夏博阳 邵卫东 李军 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第7期113-120,共8页
为解决计算气动声学数值模拟中远场边界反射问题,在三维间断伽辽金有限元玻尔兹曼方法框架下应用完全匹配层算法构造了吸收边界条件,并采用了两种不同的离散求解公式。利用三维高斯脉动源数值案例测试了两种公式的有效性和稳定性,发现... 为解决计算气动声学数值模拟中远场边界反射问题,在三维间断伽辽金有限元玻尔兹曼方法框架下应用完全匹配层算法构造了吸收边界条件,并采用了两种不同的离散求解公式。利用三维高斯脉动源数值案例测试了两种公式的有效性和稳定性,发现仅有一种公式既能有效衰减反射波又具有良好的稳定性;接着研究了影响完全匹配层算法无反射性能的若干因素,其中无反射性能采用归一化误差范数来衡量。研究表明:衰减因子总是存在最优值,且最优值仅与吸收层的参数有关,而与高斯脉动源自身参数无关,故所定义的归一化误差范数具有一定的普适性;当衰减因子采用幂函数分布律时,幂指数取2时无反射性能更好,取4时无反射性能随衰减因子变化更平缓;吸收层厚度和区域半径越大,无反射性能越好,但相应的计算量也显著提高。研究工作可为构造更加实用有效的无反射边界条件提供参考。 展开更多
关键词 完全匹配 间断伽辽金玻尔兹曼方法 吸收边界条件 计算气动声学
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完全匹配层吸收边界在孔隙介质弹性波模拟中的应用 被引量:49
12
作者 赵海波 王秀明 +1 位作者 王东 陈浩 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2007年第2期581-591,共11页
模拟弹性波在孔隙介质中传播,需要稳定有效的吸收边界来消除或尽可能的减小由人工边界引起的虚假反射.本文在前人工作基础上,首次建立了弹性孔隙介质情况下完全匹配层吸收边界的高阶速度-应力交错网格有限差分算法,并详细讨论了完全匹... 模拟弹性波在孔隙介质中传播,需要稳定有效的吸收边界来消除或尽可能的减小由人工边界引起的虚假反射.本文在前人工作基础上,首次建立了弹性孔隙介质情况下完全匹配层吸收边界的高阶速度-应力交错网格有限差分算法,并详细讨论了完全匹配层的构建及其有限差分算法实现.首先,本文通过均匀孔隙模型的数值解与解析解的对比,验证所提出的数值方法的正确性;然后,本文考察了完全匹配层对不同入射角度入射波和自由表面上的瑞利波的吸收性能,将完全匹配层与廖氏和阻尼吸收边界进行了对比,研究了这三种吸收边界在不同吸收厚度情况下对弹性波吸收能力.数值结果表明,在孔隙介质中,完全匹配层作为吸收边界能十分有效地吸收衰减外行波,无论对体波还是面波,是一种高效边界吸收算法. 展开更多
关键词 数值模拟 吸收边界 孔隙介质 完美匹配 有限差分
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声波方程完全匹配层吸收边界 被引量:100
13
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 吸收边界 地震勘探
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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
14
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 达朗贝尔黏弹性多介质 标量波 有限元
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截断各向异性等离子体的修正各向异性完全匹配层吸收边界 被引量:1
15
作者 杨利霞 王袆君 +1 位作者 谢应涛 王刚 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第1期156-160,共5页
基于磁化等离子体本构方程,提出了一种截断各向异性色散介质的修正的各向异性完全匹配层(M-UPML)吸收边界算法。通过等效相对介电常数,将UPML推广到截断各向异性等离子体介质的情形,并推导了其时域有限差分方法(FDTD)迭代式。用该方法... 基于磁化等离子体本构方程,提出了一种截断各向异性色散介质的修正的各向异性完全匹配层(M-UPML)吸收边界算法。通过等效相对介电常数,将UPML推广到截断各向异性等离子体介质的情形,并推导了其时域有限差分方法(FDTD)迭代式。用该方法计算了半空间磁化与非磁化等离子体的反射系数,计算结果与解析解相一致,表明该吸收边界具有良好的吸收效果。 展开更多
关键词 时域有限差分方法 完全匹配 磁等离子体 吸收边界
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黏性声波方程数值正演中的匹配Z变换完全匹配层吸收边界 被引量:5
16
作者 赵建国 史瑞其 +2 位作者 陈竞一 潘建国 王宏斌 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第4期1284-1291,共8页
本文将非分裂场形式的匹配Z变换PML引入黏声波方程数值正演中,用时域有限差分模拟检验了其在黏声波方程模拟中的效果.数值正演结果表明,在大角度入射时匹配Z变换完全匹配层比传统PML表现更佳,消除了大角度入射产生的低频虚假反射.长时... 本文将非分裂场形式的匹配Z变换PML引入黏声波方程数值正演中,用时域有限差分模拟检验了其在黏声波方程模拟中的效果.数值正演结果表明,在大角度入射时匹配Z变换完全匹配层比传统PML表现更佳,消除了大角度入射产生的低频虚假反射.长时间能量衰减计算证明匹配Z变换完全匹配层在黏声波方程模拟中具有105时间步的稳定性. 展开更多
关键词 完全匹配 匹配Z变换 吸收边界 黏声波方程 时域有限差分
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完全匹配层吸收边界在2D3V等离子体粒子模拟中的实现
17
作者 陈湛 马燕云 +4 位作者 邵福球 周东方 卓红斌 银燕 欧阳建明 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第5期1013-1020,共8页
基于Berenger完全匹配层的基本思想,导出了高斯单位制下2维完全匹配层吸收介质的控制方程及参数设置方法,并进行了数值验证和参数优化。依据所得结论编制了相应的吸收边界模块加入到2D3V等离子体粒子模拟程序PLASIM中,取得了良好的吸收... 基于Berenger完全匹配层的基本思想,导出了高斯单位制下2维完全匹配层吸收介质的控制方程及参数设置方法,并进行了数值验证和参数优化。依据所得结论编制了相应的吸收边界模块加入到2D3V等离子体粒子模拟程序PLASIM中,取得了良好的吸收效果。基于完全匹配层吸收边界的实现,在小窗口内对超强激光预脉冲与低密度等离子体的长时间相互作用过程进行了模拟研究,结果表明:激光强度和作用时间是影响等离子体密度改变的重要因素,超强激光其长时间的预脉冲可以通过有质动力的累积效应在低密度等离子体中引起较大的密度变化。 展开更多
关键词 完全匹配 吸收边界 高斯制 粒子模拟 反射率
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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
18
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 时域有限差分法 电磁场
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一阶弹性波方程数值模拟中的混合吸收边界条件 被引量:14
19
作者 任志明 刘洋 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第2期595-606,共12页
Liu和Sen(2010和2012)在地震波场数值模拟中提出一种混合吸收边界条件.该方法具有计算量小、容易实现及吸收效果好等优点.但现有的混合吸收边界条件是针对二阶位移-应力方程设计的,存在稳定性问题.本文首先推导了两种速度-应力单程波方... Liu和Sen(2010和2012)在地震波场数值模拟中提出一种混合吸收边界条件.该方法具有计算量小、容易实现及吸收效果好等优点.但现有的混合吸收边界条件是针对二阶位移-应力方程设计的,存在稳定性问题.本文首先推导了两种速度-应力单程波方程:二阶Higdon单程波方程和一阶Higdon单程波方程.进而提出基于一阶弹性波方程的混合吸收边界条件方法.在内部区域和边界之间引入一个过渡区域,通过单程波与双程波方程平滑过渡来消除人工边界反射.为了改善混合吸收边界条件的吸收效果和稳定性,我们采用了能同时吸收纵、横波反射的一阶单程波方程和与变量位置有关的加权系数.为了验证混合吸收边界条件的有效性,将其与常规分裂完全匹配层(PML)方法进行了比较.数值模拟结果表明,与PML边界条件相比,混合吸收边界条件在耗用更小计算时间和存储量的前提下,可以获得更好的吸收效果.另外,本文提出的两种混合吸收边界条件中,混合一阶Higdon吸收边界条件具有更好的稳定性. 展开更多
关键词 混合吸收边界条件 Higdon单程波方程 完全匹配 数值模拟 一阶弹性波速度-应力方程
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PML吸收边界条件在孔缝耦合模拟中的应用 被引量:7
20
作者 杨丹 方剑 +1 位作者 廖成 任朗 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2005年第1期108-112,共5页
用时域有限差分法(FDTD)模拟超宽带(UWB)脉冲入射时与目标腔体上的孔缝相耦合的过程,用单轴各向异性的完全匹配层(PML)吸收边界条件截断时域有限差分网格.通过分析目标腔体中的特定网格点并根据计算网格空间的对称性,得出了UWB脉冲通过... 用时域有限差分法(FDTD)模拟超宽带(UWB)脉冲入射时与目标腔体上的孔缝相耦合的过程,用单轴各向异性的完全匹配层(PML)吸收边界条件截断时域有限差分网格.通过分析目标腔体中的特定网格点并根据计算网格空间的对称性,得出了UWB脉冲通过窄缝耦合进目标,在整个腔体内发生谐振的规律.所得数值结果与前人的结论一致,表明单轴各向异性的PML吸收边界条件适用于解决电磁脉冲与孔缝耦合问题. 展开更多
关键词 完全匹配 边界条件 时域有限差分法 超宽带脉冲 耦合
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