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波动数值模拟中的外推型人工边界条件 被引量:7
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作者 邢浩洁 李小军 +3 位作者 刘爱文 李鸿晶 周正华 陈苏 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期1480-1495,I0005,共17页
当前波动数值模拟中的人工边界条件(artificial boundary condition,ABC)数量繁多,但用于串联它们的理论及公式体系还需进一步完善,以便在复杂波动问题模拟中更准确地选取ABC并评估其性能.本工作发展一种外推型人工边界条件理论,将一系... 当前波动数值模拟中的人工边界条件(artificial boundary condition,ABC)数量繁多,但用于串联它们的理论及公式体系还需进一步完善,以便在复杂波动问题模拟中更准确地选取ABC并评估其性能.本工作发展一种外推型人工边界条件理论,将一系列利用临近边界一组节点在前若干时刻的运动来外推人工边界节点运动的经典ABC纳入一个体系.这些ABC包括廖氏透射边界(multi-transmittig formula,MTF)、旁轴近似边界、Higdon边界以及Givoli-Neta、Hagstrom-Warburton、AWWE辅助变量边界等.针对现有边界公式存在的不足,分别提出一种引入多个人工波速进行优化的MTF公式(离散公式)和一种定义在统一局部坐标之上并采用多个人工波速作为控制参数的统一Higdon边界公式(连续公式或微分方程形式ABC),作为外推型ABC的两个基本公式.这二者是最简单实用的外推型ABC,其他同类ABC大多可以由它们转化得到,或者通过某种等价的中间形式与之相关联.数值试验证实了理论的正确性,并初步展示了多人工波速ABC比传统单一人工波速ABC所具有的优势.研究结果不仅具有重要理论价值,还为更好地解决具有差异较大的多种物理波速的复杂波动,如大纵横波速比的软土介质中波动或海洋声学、气象学中的频散波动等的ABC问题提供了实用方法. 展开更多
关键词 波动数值模拟 人工边界条件 时空外推 边界精度控制原理 多人工波速
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物理驱动深度学习波动数值模拟方法及应用 被引量:7
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作者 陈苏 丁毅 +3 位作者 孙浩 赵密 王进廷 李小军 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期272-282,共11页
近年来,物理先验融合数据的深度学习方法求解以偏微分方程为理论基础的正反演问题已成为交叉学科热点.针对地震工程波动数值模拟,本文阐明了物理驱动深度学习方法PINN的数学概念及实现方式,以无源项一维波动为例,开展了相关理论模型构建... 近年来,物理先验融合数据的深度学习方法求解以偏微分方程为理论基础的正反演问题已成为交叉学科热点.针对地震工程波动数值模拟,本文阐明了物理驱动深度学习方法PINN的数学概念及实现方式,以无源项一维波动为例,开展了相关理论模型构建,并与解析解及有限差分方法进行对比,分析了PINN方法与其他数值算法模拟波场的相对范数误差,验证了物理驱动深度学习方法求解波动问题的可行性.采用物理驱动深度学习方法并结合谱元法形成的稀疏初始波场数据,开展了二维波动数值模拟,实现了自由边界条件及起伏地表等典型工况的模拟,并给出了时序波场分布特性.更换不同的初始条件,测试了神经网络的泛化精度,提出可显著提高网络训练效率的迁移学习方法.通过与谱元法的结果对比,验证了本文方法模拟均质场地、空间不均匀及复杂地形场地波动问题的可靠性.结果表明,物理驱动深度学习方法具备无网格、精细化模拟等优势,并可实现自由地表及侧边界波场透射等数值模拟条件. 展开更多
关键词 物理信息深度学习 神经网络 波动数值模拟 内源波动 边界条件
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复杂地表边界元-体积元波动方程数值模拟 被引量:12
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作者 管西竹 符力耘 +1 位作者 陶毅 于更新 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2011年第9期2357-2367,共11页
复杂近地表引起来自深部构造的地震反射信号振幅和相位的异常变化,是影响复杂近地表地区地震资料品质的主要原因.本文采用边界元体积元方法,通过求解含复杂地表的波动积分方程,来模拟地震波在复杂近地表构造中的传播.其中,边界元法模拟... 复杂近地表引起来自深部构造的地震反射信号振幅和相位的异常变化,是影响复杂近地表地区地震资料品质的主要原因.本文采用边界元体积元方法,通过求解含复杂地表的波动积分方程,来模拟地震波在复杂近地表构造中的传播.其中,边界元法模拟地形起伏和表层地质结构对地震波传播的影响;体积元法模拟起伏地表下非均质低降速层的影响.与其他数值模拟方法比较,其主要优点为几何上精确描述不规则地表界面,实现精确模拟自由表面对地震波的边界散射;显式应用近地表地层界面的连续边界条件,实现半解析的数值模拟;分区处理近地表复杂结构,有效模拟复杂地表下非均匀介质对地震波场的体散射.数值试验结果表明了该方法的实用性和有效性. 展开更多
关键词 复杂近地表 地震波传播 波动积分方程数值模拟 边界元一体积元方法 近地表散射噪声
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气压式调压室水位波动试验与数值模拟
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作者 马家敏 李乐 季奎 《人民长江》 北大核心 1990年第7期21-27,共7页
为了满足电站负荷变化,或者由于外界的扰动,调压室系统水体常常发生波动现象。调压室系统水体波动的形态,如波动幅值大小、波动周期、波动衰减率及波动稳定性等,是工程技术人员关注的问题。调压室水位波动性能的研究是调压系统的主要研... 为了满足电站负荷变化,或者由于外界的扰动,调压室系统水体常常发生波动现象。调压室系统水体波动的形态,如波动幅值大小、波动周期、波动衰减率及波动稳定性等,是工程技术人员关注的问题。调压室水位波动性能的研究是调压系统的主要研究课题之一。本文根据气压式调压室水位波动的控制方程,编制了气压式调压室水位波动数值模拟程序,对波动的全过程进行数值摸拟。 展开更多
关键词 气压式调压室 水位波动 波动数值模拟 流量调节 等出力调节 控制方程 波动周期 初始条件 数值模拟程序 波动性能
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复杂地表起伏多重变加密网格有限差分法波动方程数值模拟 被引量:5
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作者 张志佳 孙章庆 +5 位作者 王瑞湖 韩复兴 陆济璞 刘亚光 岑文攀 高正辉 《吉林大学学报(地球科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期598-608,共11页
常规变加密网格有限差分波动方程数值模拟方法采用水平分层加密网格,该网格剖分策略在适应地形起伏和近地表速度结构变化特征方面效果较差。针对该问题,提出一种起伏多重变加密网格有限差分波动方程数值模拟方法。该方法根据地形起伏和... 常规变加密网格有限差分波动方程数值模拟方法采用水平分层加密网格,该网格剖分策略在适应地形起伏和近地表速度结构变化特征方面效果较差。针对该问题,提出一种起伏多重变加密网格有限差分波动方程数值模拟方法。该方法根据地形起伏和近地表低速层到高速层的速度分布特征进行网格加密;采用不同网格中的变系数差分格式离散声波方程,在保证波场模拟精度的同时兼顾计算效率;同时,为了进一步保障地表附近波场模拟的精度,地表附近最细网格中的差分格式不做降阶处理,针对位于地表以上的虚像点的波场值,提出一种融入自由地表边界条件的法向虚像外推法。算例分析验证该算法对速度模型不同区域进行的网格多次加密显著提高了计算效率,以黄土塬实际模型为例,耗时为常规1 m×1 m网格耗时的43.3%,并可达到和细网格基本一致的模拟精度,模拟误差控制在10-12范围内,同时表现出很好的近地表散射压制和边界吸收效果,且算法能稳定地适应实际复杂地表介质。 展开更多
关键词 复杂地表 波动方程数值模拟 起伏多重变加密网格 法向虚像外推法 有限差分法
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透射边界与谱元法的结合及对波动模拟精度的改进 被引量:19
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作者 于彦彦 丁海平 刘启方 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2017年第2期13-22,共10页
实现与高精度的谱元法具有一致精度的人工边界条件,对基于谱元法的波动数值模拟具有重要意义。给出了具有多阶精度的多次透射公式(MTF)与节点不等间距分布的谱元法的结合方法,并在通用的采用显式Newmark预估校正式和并行计算技术的谱元... 实现与高精度的谱元法具有一致精度的人工边界条件,对基于谱元法的波动数值模拟具有重要意义。给出了具有多阶精度的多次透射公式(MTF)与节点不等间距分布的谱元法的结合方法,并在通用的采用显式Newmark预估校正式和并行计算技术的谱元程序SPECFEM2D和SPECFEM3D中实现。利用改进后的谱元程序模拟了二维和三维模型下波源问题的响应,模拟结果与程序自带的黏性边界的结果及远置解的对比表明,结合MTF的谱元程序显著提高了对边界处大角度入射的体波及面波的吸收效果,消除了黏性边界存在的漂移现象。高阶MTF是与高精度的谱元法相匹配的边界条件。 展开更多
关键词 谱元法 多次透射公式 一致精度 波动数值模拟 体波 面波
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透射边界条件在波动谱元模拟中的实现:一维波动 被引量:11
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作者 邢浩洁 李鸿晶 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第2期367-379,共13页
多次透射公式(multi-transmitting formula,MTF)是一种具有普适性的局部人工边界条件,但其在近场波动数值模拟中一般与有限元法结合.由于波动谱元模拟的数值格式与有限元格式有极大的不同,传统的MTF在谱元离散格式中无法直接实现.为了... 多次透射公式(multi-transmitting formula,MTF)是一种具有普适性的局部人工边界条件,但其在近场波动数值模拟中一般与有限元法结合.由于波动谱元模拟的数值格式与有限元格式有极大的不同,传统的MTF在谱元离散格式中无法直接实现.为了使物理概念清楚、精度可控的多次透射人工边界条件能够适应波动谱元模拟的需求,首先指出多次透射边界与谱元离散格式结合的基本问题,并分析了空间内插和时间内插两种方案的可行性.然后从空间内插角度出发,提出基于拉格朗日多项式插值模式的MTF谱元格式,并采用一种简单内插方法实现高阶MTF.最后通过一维波动数值试验检验这些MTF谱元格式的精度,并讨论其数值稳定性.结果表明:对于一、二阶MTF,几种格式的精度相当;对于三、四阶MTF,基于谱单元位移模式插值的格式精度最高.相反,随着插值多项式阶次的升高,不同MTF格式的稳定临界值逐步降低,但是所有格式均在人工波速大大超过物理波速时才可能发生失稳. 展开更多
关键词 波动数值模拟 谱元法 多次透射边界 MTF 数值稳定性 数值精度
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波动切比雪夫谱元模拟的时间积分方法研究 被引量:3
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作者 邢浩洁 李鸿晶 《南京工业大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2017年第2期70-76,共7页
由于在波动切比雪夫谱元模拟中使用隐式时间积分方法存在计算效率较低、不易施加边界条件以及波动输入不便的问题,而中心差分法是能够平衡精度和计算效率的较优选择,并以一维波动模型探讨相应的波动输入方法和时域积分稳定条件。通过输... 由于在波动切比雪夫谱元模拟中使用隐式时间积分方法存在计算效率较低、不易施加边界条件以及波动输入不便的问题,而中心差分法是能够平衡精度和计算效率的较优选择,并以一维波动模型探讨相应的波动输入方法和时域积分稳定条件。通过输入Ricker子波以及复合正弦波的数值算例证实了方法的有效性,并接着分析不同计算参数对模拟精度的影响。结果表明:空间上一个最短波长尺度内的谱元节点数、单元阶次分别取不低于5和4时能够达到比较理想的精度,而时间步长变化对精度的影响不大。 展开更多
关键词 波动数值模拟 切比雪夫谱元法 时间积分方法 中心差分法
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离散网格中瑞利阻尼对波动的影响分析 被引量:1
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作者 章旭斌 谢志南 《地震工程与工程振动》 CSCD 北大核心 2017年第1期141-148,共8页
在波动数值模拟中,瑞利阻尼可近似描述介质耗散特性,且可用于抑制人工边界引发的高频和零频失稳,但瑞利阻尼对波动的影响尚未清晰认识。针对集中质量有限元模拟的一维波动,利用傅里叶模态分析了有阻尼离散网格中波动的性质。理论分析表... 在波动数值模拟中,瑞利阻尼可近似描述介质耗散特性,且可用于抑制人工边界引发的高频和零频失稳,但瑞利阻尼对波动的影响尚未清晰认识。针对集中质量有限元模拟的一维波动,利用傅里叶模态分析了有阻尼离散网格中波动的性质。理论分析表明alpha阻尼必然使得波数为零及邻近的波动对应为非行进波,其使行波衰减一致,而beta阻尼不会导致波数为零及邻近的非行进波,其使行波衰减随着波数增大而增大。数值实验验证了上述结论。本文研究结果为进一步推进瑞利阻尼在波动数值模拟中的应用提供一定的理论依据。 展开更多
关键词 波动数值模拟 集中质量有限元 瑞利阻尼 耗散 傅里叶模态 非行进波
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透射边界零频飘移失稳数值解增长模式解释 被引量:4
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作者 谢志南 《地震工程与工程振动》 CSCD 北大核心 2014年第4期15-20,共6页
高阶透射边界能高效吸收入射至人工边界波动,但其引发的一类典型的数值失稳问题-零频飘移失稳仍未得到很好解决。已有的零频飘移失稳机理还不完善,如难以解释数值模拟中观测到的飘移失稳现象。这一局部失稳现象表现为:失稳从人工边界节... 高阶透射边界能高效吸收入射至人工边界波动,但其引发的一类典型的数值失稳问题-零频飘移失稳仍未得到很好解决。已有的零频飘移失稳机理还不完善,如难以解释数值模拟中观测到的飘移失稳现象。这一局部失稳现象表现为:失稳从人工边界节点开始,然后向计算区域内延拓;节点向一方向运动,而不再以其初始位置为中心振动。为此结合模态分析及Z变换,本文基于一维波动模型分析了飘移失稳机理及飘移失稳数值解增长模式与透射边界精度阶之间的关系。 展开更多
关键词 透射边界 零频失稳 波动数值模拟 群速度 GKS稳定性分析 人工边界条件
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缝洞型储层错格伪谱法模拟 被引量:6
11
作者 刘炯 马坚伟 +1 位作者 杨慧珠 巴晶 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 2008年第6期723-727,611+742,共7页
文中对传统伪谱法和其改进的错格伪谱法从理论方法及实例试算进行了分析及对比,总结了错格伪谱法的优点。通过脉冲序列一阶微分算例更加突出了错格伪谱法微分的局部化优点;通过二维声波的算例验证了错格伪谱法的正确性;通过不均匀介质... 文中对传统伪谱法和其改进的错格伪谱法从理论方法及实例试算进行了分析及对比,总结了错格伪谱法的优点。通过脉冲序列一阶微分算例更加突出了错格伪谱法微分的局部化优点;通过二维声波的算例验证了错格伪谱法的正确性;通过不均匀介质中弹性波的算例验证了错格伪谱法比传统伪谱法有更高的精度。最后用错格伪谱法模拟了不均匀缝洞型储层介质中弹性波的传播问题。 展开更多
关键词 波动方程数值模拟 传统伪谱法 错格伪谱法 缝洞型储层
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弱形式时域完美匹配层 被引量:8
12
作者 谢志南 章旭斌 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第10期3823-3831,共9页
应用高精度人工边界条件可有效提升近场波动数值模拟计算效率.完美匹配层是吸收层形式高精度人工边界条件,匹配层内场方程和界面条件通常分别采用复坐标延伸技术变换强形式无限域内波动方程和界面条件得到,亦曾将无限域界面条件当作匹... 应用高精度人工边界条件可有效提升近场波动数值模拟计算效率.完美匹配层是吸收层形式高精度人工边界条件,匹配层内场方程和界面条件通常分别采用复坐标延伸技术变换强形式无限域内波动方程和界面条件得到,亦曾将无限域界面条件当作匹配层界面条件.场方程和界面条件构建过程相互独立,可能出现匹配不合理而引发数值失稳、计算精度低下等问题.本文提出采用复坐标延伸技术变换弱形式无限域波动方程以构建完美匹配层的方法.弱形式波动方程耦合了波动方程及界面条件,进而规避了变换后所得场方程与界面条件之间的匹配不合理问题.新方法可直接建立弱形式匹配层,在此基础上亦可给出强形式匹配层.弱形式便于有限元离散,强形式便于有限差分离散.基于弱形式完美匹配层,结合勒让德谱元建立了弹性介质近场波动谱元模拟方案.利用算例验证了新方案的精度及数值稳定性.本文工作可直接推广至多相耦合介质近场波动数值模拟. 展开更多
关键词 完美匹配层 人工边界条件 有限元 谱单完 地震波动数值模拟
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多次透射公式飘移问题的控制方法 被引量:3
13
作者 孔曦骏 邢浩洁 +1 位作者 李鸿晶 周正华 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期3097-3109,共13页
多次透射公式(multi-transmitting formula, MTF)是在近场波动数值模拟中一种广泛应用的人工边界条件,具有形式简单、精度可控和通用性好的优点,但高阶MTF与有限元方法相结合有时会出现飘移问题.现有的几种MTF消飘方法往往会显著地影响... 多次透射公式(multi-transmitting formula, MTF)是在近场波动数值模拟中一种广泛应用的人工边界条件,具有形式简单、精度可控和通用性好的优点,但高阶MTF与有限元方法相结合有时会出现飘移问题.现有的几种MTF消飘方法往往会显著地影响边界精度,为此本文提出一种新的消飘因子修正MTF格式,能够在较高精度水平下实现对飘移问题的有效控制.该方法保持MTF的一次透射项不变,仅对各高次透射误差项进行修正,从而大幅降低了因消飘因子造成的精度损失.消飘因子设置格式确保在零频和零波数情形下能够满足GKS准则,从理论上保证了消飘目标的实现.进一步给出该方法的高阶统一形式,并将传统的消飘因子修正MTF的方法归结为该统一形式的一个特例.通过反射系数分析,证明本文方法不仅具有精度优势,而且消飘因子选取的适应性更强、取值范围更广.数值算例表明,本文的消飘因子对波动能量比较集中的法向和小角度透射波动的模拟精度影响很小,在控制高阶MTF飘移问题和保持模拟精度方面,均能够取得明显效果. 展开更多
关键词 波动数值模拟 人工边界条件 多次透射公式 飘移失稳 消飘因子
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Statistical analysis of pressure fluctuations during unsteady flow for low-specific-speed centrifugal pumps 被引量:3
14
作者 裴吉 王文杰 袁寿其 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2014年第3期1017-1024,共8页
A three-dimensional transient numerical simulation was conducted to study the pressure fluctuations in low-specific-speed centrifugal pumps. The characteristics of the inner flow were investigated using the SST k-ω t... A three-dimensional transient numerical simulation was conducted to study the pressure fluctuations in low-specific-speed centrifugal pumps. The characteristics of the inner flow were investigated using the SST k-ω turbulence model. The distributions of pressure fluctuations in the impeller and the volute were recorded, and the pressure fluctuation intensity was analyzed comprehensively, at the design condition, using statistical methods. The results show that the pressure fluctuation intensity increases along the impeller streamline from the leading edge to the trailing edge. In the impeller passage, the intensity near the shroud is much higher than that near the hub at thc inlet. However, the intensity at the middle passage is almost equal to the intensity at the outlet. The pressure fluctuation intensity is the highest at the trailing edge on the pressure side and near the tongue because of the rotor-stator interaction. The distribution of pressure fluctuation intensity is symmetrical in the axial cross sections of the volute channel. However, this intensity decreases with increasing radial distance. Hence, the pressure fluctuation intensity can be reduced by modifying the geometry of the leading edge in the impeller and the tongue in the volute. 展开更多
关键词 TRANSIENT pressure fluctuation intensity STATISTICS low specific speed centrifugal pump
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