Toeplitz矩阵循环延拓后的特征值数值分析

本文采用数值分析的方法探讨Toeplitz矩阵延拓成ω循环矩阵时特征值的逼近程度.对于对称共轭型Toeplitz矩阵,采用ω=±i时对应的循环矩阵特征值的逼近程度较好;对于其它Toeplitz矩阵,采用共轭转置将其转化为对称共轭型矩阵后,才有利于特征值的逼近.可将本文方法广泛应用于地球物理中的数值计算(如位场计算、信号处理中的反褶积、地震资料的偏移处理等).     

横向非均匀介质中弹性地震波传播的数值模拟

应用混合变量弹性动力学方程和线性常微分方程组的矩阵指数解法，将层状介质中广泛应用的弹性波传播矩阵解法推广至横向非均匀介质，给出了一种可计算复杂地质体中弹性波传播的广义传播矩阵数值解法。该方法可模拟任意震源及所产生的各种体波、面波，数值结果表明具有很高的计算精度。     

基于交错网格Fourier伪谱微分矩阵算子的地震波场模拟GPU加速方案

作为高精度波形反演或逆时偏移的重要组成部分,地震波数值模拟对计算速度和效率提出了更高要求.GPU通用计算技术的产生及其内在数据并行性,为高效地震波数值模拟应用和研究得以有效开展奠定了基础.本文借助交错网格的Fourier伪谱微分矩阵算子和GPU上高效矩阵乘法,实现了复杂介质中地震波模拟的高效算法.数值试验表明,优化后的GPU计算相比CPU单核计算在大规模二维地震波场计算中获得至少100x以上的加速比.这对我们快速分析目标反射层在地震剖面中同相轴位置,制定优化采集方案具有重要意义.     

基于高阶双渐近透射边界的大坝-库水动力相互作用直接耦合分析模型

高阶双渐近时域透射边界能够同时模拟行波和快衰波的传播,并且能够在全频范围内迅速逼近准确解,具有优良的收敛性能和计算效率.本文将动水压力波高阶双渐近透射边界直接嵌入到近场有限元方程中,建立了大坝-库水动力相互作用的直接耦合分析模型.该模型的整体控制方程保留了近场有限元方程系数矩阵对称稀疏的优势,可以方便地利用现有的通用有限元求解器求解.基于有限元开源软件框架体系OpenSees（Open System for Earthquake Engineering Simulation）,编程实现了直接耦合分析模型,并将其应用于二维重力坝、三维拱坝与库水动力相互作用分析.数值算例表明,该直接耦合分析模型具有很高的精度和计算效率.     

时间域航空电磁2.5维非线性共轭梯度反演

对于时间域航空电磁法二维和三维反演来说,最大的困难在于有效的算法和大的计算量需求.本文利用非线性共轭梯度法实现了时间域航空电磁法2.5维反演方法,着重解决了迭代反演过程中灵敏度矩阵计算、最佳迭代步长计算、初始模型选取等问题.在正演计算中,我们采用有限元法求解拉式傅氏域中的电磁场偏微分方程,再通过逆拉氏和逆傅氏变换高精度数值算法得到时间域电磁响应.在灵敏度矩阵计算中,采用了基于拉式傅氏双变换的伴随方程法,时间消耗只需计算两次正演,从而节约了大量计算时间.对于最佳步长计算,二次插值向后追踪法能够保证反演迭代的稳定性.设计两个理论模型,检验反演算法的有效性,并讨论了选择不同初始模型对反演结果的影响.模型算例表明:非线性共轭梯度方法应用于时间域航空电磁2.5维反演中稳定可靠,反演结果能够有效地反映地下真实电性结构.当选择的初始模型电阻率值与真实背景电阻率值接近时,能得到较好的反演结果,当初始模型电阻率远大于或远小于真实背景电阻率值时反演效果就会变差.     

倾斜各向异性地层中多分量电磁波测井响应三维时域有限差分（FDTD）算法

利用三维时域有限差分技术（FDTD）研究建立倾斜各向异性地层中多分量电磁测井响应的数值模拟算法.首先,利用Yee氏交错差分格式和线性内插公式对各向异性介质中时域Maxwell方程进行离散化,得到各向异性介质中各个交错节点上电磁场的时域递推公式,同时将面积加权平均与旋转矩阵技术相结合确定各个网格节点的等效电导率张量,此外,单轴各向异性吸收边界条件（UPML）被用于降低求解区域外边界反射.在此基础上,利用单频正弦磁偶源计算时域电磁场空间分布以及特殊的双方程算法（2E2U）从数值结果中快速提取电磁场幅度和相位,确定多分量电磁测井仪器的三维响应.最后,通过数值结果证明该算法的有效性,并系统考察不同层厚、地层倾角以及侵入带半径等变化对多分量电磁测井响应的影响.     

有限元三角网格中波动的频散分析及数值仿真

波动问题有限元离散后会引起数值误差, 数值频散的本质就是数值误差传播引起的非物理解. 数值频散不仅没有实际意义, 而且还会影响对真实波动现象的认识. 为厘清有限元三角网格中波动数值频散的影响因素, 本文推导了集中质量矩阵和一致质量矩阵的频散函数, 同时给出了组合质量矩阵的频散函数, 并对不同质量矩阵的数值频散进行了对比研究. 理论分析和数值计算结果表明: 有限元三角网格中波动的数值频散受网格布局、 波传播方向、 单元网格纵横比以及质量矩阵的影响; 一致质量矩阵的数值频散比集中质量矩阵更易受到波传播方向的影响; 不合理的三角网格单元会对数值相速度(数值频散)产生不良影响; 正三角网格中波动的数值频散几乎不受波传播方向的影响; 一致质量矩阵与集中质量矩阵的线性组合能够有效地压制数值频散.      

1972年康定5.8级震群构造背景的卫星影象

狱片2。折多山子区Mss7、5、4合成影象,经北西向边缘增强及亮度直方图正态化处理。照片3.折多山子区Mss7、5、4合成影象,经南 北向边缘增强及亮度直方图正态化处理。照片1.康定折多山地区Ms57影象,经全方 向卷积边缘增强及灰度线性扩展处理。照片4.拆多山子区MSS7、5、4合成影象,经北女向边缘增强及亮度直方图正态化处理。1972年康定5.8级震群构造背景的卫星影象@闻学泽 @白兰香~~     

G-S变换的快速算法

在电磁场瞬变响应的数值计算中 ,常采用G S变换法作逆拉氏变换 .它是纯实数运算 ,而且只需对较少的拉氏变换变量s值作计算 （通常对每一采样时间选用 1 2个s值 ） ,因而是一种计算速度较快的算法 .但是 ,要对大量采样时间作计算 ,其计算量仍太大 .本文基于拉氏变换的延迟定理 ,建立了一种新的G S变换算法 .数值检验结果表明 ,新算法可成级次地减少对大量采样时间作G S变换的计算量 ,显著提高电磁场瞬变响应的计算速度 .     

二维频率空间域25点优化系数差分格式弹性波数值模拟(英文)

频率空间域地震波数值模拟具有独特的优势:可以同时模拟多源的波传播、每个频率之间独立并行地计算、计算频带选择灵活、不存在累计误差、容易模拟粘弹性介质中地震波传播.但是该方法的最大瓶颈是对于计算机内存的巨大需求.我们使用压缩存储系数矩阵的方法,极大地减少了计算机内存的需求量.同时为了减少短筹分算子的数值频散,引用了频率空间域25点弹性波波动方程的差分格式,并使用了最小二乘意义下求出的优化差分系数.为了克服边界反射,采用了最佳匹配层吸收边界条件.数值模拟试验证明:用压缩存储系数矩阵及优化差分系数的频率空间域25点差分格式进行弹性波正演模拟,可以减少数值频散,提高计算精度.使用较大的网格间距,降低计算机内存需求,并保持较高的计算效率.该正演方法为后续弹性波偏移和弹性参数反演提供较好的基础.     

空间域位场延拓新方法研究

在空间域进行位场延拓,需要数值求解第一类Fredholm积分方程,由于所得方程组系数矩阵不是稀疏矩阵,求解该方程组需要的计算机内存大,计算量大,导致延拓算法在一般计算机上难以实现,阻碍了对空间域位场延拓方法的研究.在分析系数矩阵结构特征的基础上,本文证明了方程组系数矩阵是对称的分块Toeplitz型矩阵.利用系数矩阵的对称性和分块Toeplitz型矩阵与向量相乘的快速算法,解决了系数矩阵的存储和计算问题,使得空间域位场延拓成为可能,为研究新的位场延拓方法和分析延拓误差提供了一条新的途径.利用模型数据和实测资料,对空间域位场向上延拓、空间域积分迭代法向下延拓进行了检验,结果证实了空间域位场延拓的可行性和正确性.     

频率波数域内层状地基动力柔度的精细求解

精细积分法既可得到在计算机精度意义下的精确解,又能够保持哈密顿体系的辛结构。其是求解一阶线性常微分方程组的精确数值方法,既可以用于时间域的初值问题,又可以应用于空间域的两点边值问题。运用精细积分法求解微层区段矩阵,并对微层区段矩阵合并得到整个层状地基的区段矩阵,最终得到层状地基的动力柔度值。运用数值算例验证了本文方法的计算精度。     

二维弹性波频率域15点差分格式及正演模拟

为优化二维各向同性介质中弹性波频率域正演时阻抗矩阵的结构,减小正演所需内存,提高正演效率,在25点差分格式的基础上进行适当的简化,得到了二维弹性波频率域15点差分格式.利用该格式重新计算了弹性波方程中偏微分项和加速项的差分算子,减少了计算过程中的网格节点需求,构造了优化阻抗矩阵后的频率域正演矩阵方程;推导了纵波和横波相速度的频散公式,给出了不同泊松比条件下的频散曲线,得到了相速度误差控制范围±1%时每一横波波长内网格数需求.通过对比频散曲线和简单模型数值模拟时得到的波场快照、检波点处速度分量及单炮记录,验证了15点差分格式与25点差分格式相比,具有稍严格的网格间距需求、相当的计算精度、更少的计算时间和更小的阻抗矩阵带宽等特点.最后,利用复杂模型数值模拟对本方法的适应性进行了验证.     

基于GiD的有限元前处理和后处理可视化

目前在地球物理数值计算领域,尚缺乏简便易行的可视化的前处理和后处理方法,这使得复杂计算模型较难建立和分析,也使得已有计算程序较难与生产实际相结合.本文以直流电法三维有限元数值模拟前后处理为例,研究了通用三维前后处理软件GiD在地球物理有限元前处理和后处理中的应用方法.通过编写用户自定义“问题类型”,建立并输出了可用于已有有限元计算程序的初始模型.计算过程结束之后,通过调用GiDpost后处理函数库,使计算程序方便的生成特定格式的后处理文件.最后,将前处理、计算和后处理功能整合,成功实现整个过程的图形化.与目前其他地球物理有限元前后处理方法相比,此套方法效率高、简单易行,最重要的是通用性好,可适用于各种已有的地球物理有限元计算程序.     

地震活动性常用预报方法的计算机处理系统

本文论述了地震活动性常用预报方法的一个实用自动处理系统(SAPS)。该系统由地震数据库、程序库和数据处理系统三大部分组成。数据库系统由地震数据管理系统和“中国东部地震目录”和“中国地震目录”两个数据文件组成;程序库中包括由FORTRAN语言编写的地震活动性常用预报方法有关的子程序100多个;数据处理系统在此基础上,根据安徽省地震预报和科研的需要编制而成。它具有四方面的用途,分别利用地震的长期、中期和短临阶段的一些预报方法进行计算处理,同时可选取任一区域数据,利用现有程序库中的任一预报方法独立完成某项任务。     

多源条件下直流电阻率法有限元三维数值模拟中一种近似边界条件

在多源直流电阻率法有限元三维数值模拟中,传统混合边界条件由于刚度矩阵与源点位置相关,无法实现线性方程组的快速回代求解,目前常用齐次边界条件或无限元边界进行替代,虽然实现了快速回代求解,但同时也降低了数值模拟的精度.为了实现快速回代求解,并确保数值模拟的计算精度,本文提出了一种近似边界条件方法.其核心思想是将与场源位置相关的边界系数矩阵从刚度矩阵中分离出来,使得分离后的刚度矩阵与场源位置无关.并将边界系数矩阵与边界处一次电场向量的乘积移到线性方程组右端源项中,当场源位置发生改变时,只需要重新计算右端源项就可以实现快速回代求解.理论模型数值计算表明,在水平地形条件下,本文边界条件数值精度优于混合边界条件;在起伏地形条件下,与齐次边界条件相比,本文边界条件数值结果与混合边界条件吻合度更高.     

土-结构相互作用阻尼矩阵建模问题研究

首先针对土层采用瑞利阻尼假定时,对2阶频率的选取方法进行了探讨,提出了5种方式,通过土层线性地震反应的数值计算,分析了各自引起的误差;然后针对土-结构相互作用问题进行了计算,比较分析了瑞利及柯西阻尼矩阵形成过程中,频率及阻尼比的最优选取方法。发现采用瑞利阻尼时,如果频率及振型阻尼比选择的适当,精度很高,但如果所采用的频率及阻尼比选择不当,仍会带来较大误差。为便于计算,可采用近似方法对阻尼矩阵进行对角化处理,经验证精度较好。     

振动反应数值分析的连锁公式法

本文较为系统地给出了线性单自由度振动系统不等时间步长振动反应数值计算的连锁公式,并且讨论了该算法的某些数值分析特性,证明了该算法是无条件稳定的,且满足收敛性要求.文中给出了同时计算相对位移、相对速度和绝对加速度反应谱的计算程序.      

Actual Measurement and Statistic Analysis of Ambient Vibration Characteristics of the High-rise (Skyscraper) Buildings in Kunming

对昆明16栋典型钢筋混凝土高层建筑物的振动特征(包括建筑物的固有频率、振型和阻尼比)进行观测与分析,对地震响应数值模拟研究,获取实测高层建筑物第一至第三振型及结构,计算第一至第二振型自振周期结果,采用数学线性回归方法,模拟得到昆明高(超高)层建筑结构实测第一至三振型和计算第一至第二振型周期公式,为类似建筑结构的设计提供经验和依据.     

常Q滞弹性介质地震波动数值模拟——时域本构优化逼近

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.