基于逐元算法的地震勘探高精度谱元法数值模拟

针对复杂构造地震勘探,常规正演模拟算法存在精度和计算效率低的问题,笔者研究并提出了基于逐元算法的高精度谱元法数值模拟方法。基于波动方程强、弱形式,推导二维波动方程的谱元解法,进而利用逐元算法,无需形成全局矩阵,仅对于独立的小规模单元结构进行计算,提高计算效率,减少存储空间消耗。应用基于逐元算法的高精度谱元法对复杂金属矿模型进行数值模拟,得出本方法计算精度高、数值频散小,计算效率高。     

三维水质预测问题的Laplace变换边界元法及其推广

本文用边界元法解决非稳定系统中水质预测的计算问题,建立了三维水质预测问题的边界元法计算模型,为简化计算手续、提高计算精度,讨论了Laplace变换边界元法,推广了Laplace变换边界元法中的Schapery方法。     

基于高性能并行计算的隧道开挖数值模拟

随着岩土工程规模的不断扩大、复杂性的增加以及计算参数的多样化和计算精度的提高, 人们对于计算机计算能力的要求越来越高, 然而单处理器无法满足这类大规模计算.从数据输入、区域分解、线性方程组的迭代求解、后处理等方面详细阐述高性能计算平台上并行有限元求解大规模岩土工程的关键问题.提出了利用MPI2的新特性进行海量数据的分段并行读入, 采用ParMetis软件并行地进行区域分解, 实现了前处理过程的完全并行化; 采用基于Jacobi预处理技术的预处理共轭梯度法(PCG)进行线性方程组的并行迭代求解; 采用Paraview软件实现了后处理的并行可视化.在深腾7000系统上对某隧道工程的三维开挖过程进行了数值模拟, 对其并行性能进行了分析和评价, 验证了采用的区域分解算法和系统方程组的求解方法的可行性, 并且具有较高的加速比和并行效率.      

基于谱元法的二维大地电磁数值模拟

谱元法(SEM)是基于有限元发展起来的一种数值模拟方法,具备有限元法处理复杂结构的几何灵活性和谱方法的高精度和指数收敛性,将其用于数值模拟计算比传统高阶有限元减少了内存需求和CPU时间。为了提高大地电磁数值模拟的精度和效率,基于Galerkin加权余量法,采用Gauss-Lobatto-Legendre(GLL)正交多项式作为插值基函数,用Intel的Pardiso求解器直接求解线性方程组得到电磁场分布,实现了大地电磁(MT)二维谱元法数值模拟。给出的层状模型和COMMEMI 2D-1模型的数值算例验证了谱元算法和所编写程序的可靠性和稳定性。     

基于谱元法的各向异性黏弹性介质地震波场模拟和分析

基于谱元法计算理论,通过坐标旋转算法实现任意各向异性黏弹性介质中的地震波场计算,研究复合介质中地震波场特征。根据计算结果,qSV波表现为剪切滞弹性形变,qP波表现为膨胀滞弹性形变;品质因子不仅影响地震波振幅,还影响其传播频率;黏弹性介质吸收高频快,在一定频率范围内,黏弹性介质没有频散现象。     

基于Matlab的吉林省大地水准面精化重力归算

基于Matlab平台,采用严格棱柱积分法和谱方法编程计算了吉林省大地水准精化重力归算,以长白山、吉林和松原地区为试验区分析了计算精度和速度。结果表明,不完全布格改正与地形高度成正比。地形改正的谱方法比组合法计算速度高,但精度较低,最大误差分别为2. 65 mgal和0. 21mgal。均衡改正的谱方法比组合法计算速度高,精度基本相同,平均误差分别为0. 02 mgal和0. 03mgal。地形改正分辨率达到30″时,内插精度优于1 mgal,而均衡改正分辨率为1'时,精度即可优于1mgal,不完全布格改正、地形改正和均衡改正的数值大小与地形复杂程度密切相关。     

基于MPI的TOUGHREACT并行性能分析

反应运移模拟在实际应用中的主要制约因素是其计算量巨大,对模拟程序并行化可以拓展反应运移模拟的应用范围。在阐述反应运移模拟耦合过程的基础上,介绍了TOUGHREACT基于MPI的并行实现方法。以ECO2N模块为例,通过分析程序的流程图、加速比和并行效率,探讨TOUGHREACT并行程序的计算性能,并通过加密网格的方式对其加速效果进行验证。结果表明:基于MPI的TOUGHREACT并行程序采用METIS区域分解方法和AZTEC并行迭代解法器库,有效地实现了对TOUGHREACT的并行加速;在计算集群上调用2~128个处理器时,可以达到2.00~68.09倍的相对加速,显著提高了程序的计算效率;网格的剖分精度越高,该程序的并行效果就越好,表明该程序对复杂问题的并行加速效果更优。     

功率谱可视化深度计算方法及在煤火区的应用

利用对数功率谱方法可以方便地估计磁性体埋深,国内外学者曾成功运用于许多地区磁测资料的深度计算,取得了较好的应用效果.但由于采用计算机等间隔分块,等步长滑动方法来计算,使得计算结果只能反映窗口下地质体的统计平均深度,对精度造成一定的影响.本次将计算过程在可视化环境下实现,根据异常实际情况人工选择窗口的大小和位置,提高了深度计算的精度.在煤火区的应用证实了方法的实用性.     

地形及构造应力影响下初始地应力场的3D-FSM反演分析

在分析国内外初始地应力场研究现状的基础上,研究了考虑地形及构造应力影响下,基于3D-FSM间接边界元法的初始地应力场反演分析法,并开发了相应的数值计算系统.利用工程实例说明了分析步骤,并验证了该方法的适应性及精度.     

基于OpenMP的二维有限元-离散元并行分析方法

Munjiza提出的有限元-离散元耦合分析方法（FEDM）是分析岩石破裂过程的一种十分有效的方法。然而,为了克服网格依赖性,需要将岩体剖分成非常细小的三角形单元,且三角形单元之间不共用节点,导致问题的变量数目巨大,计算非常耗时。为了提高计算效率,基于OpenMP(open multi-processing)多核并行技术实现了有限元-离散元法的并行化,克服了并行化过程中存在的数据竞争,实现了并行程序的负载平衡。提出了一套将串行程序并行化的策略,即首先确定串行程序的热点区域,然后尽可能地将热点区域并行化,尽量使用私有变量来规避数据竞争;若各线程间仍存在数据竞争,可采用动态链表数据结构,先将数据存于动态链表中,最后在并行区域外,将存于各个动态链表中的数据进行合并,这样可以规避数据竞争,同时避免了使用临界区或锁,从而提高了程序的并行化效果。开发了并行版本FDEM程序,将所提出的方法用于大规模工程问题的求解,最后通过陡崖塌落的算例说明该方法的有效性。