一种基于多项式外推的局部透射边界位移解(外行波为非平面波情形)

一般情况下,通过人工边界向外透射的波动常为非平面波。对于近场非平面波在人工边界上的透射问题,不能采用简单的平面波透射方法。本文针对近场非平面波在人工边界上的透射特点,分析了非平面波沿人工边界法向视波速的变化规律及其近场失稳机制,推导了适合近场非平面波的、人工边界点位移解的不等步距线性外推公式。     

流体饱和多孔介质黏弹性动力人工边界

基于Biot流体饱和多孔介质本构方程，采用平面波和远场散射波经验叠加来反映外行波传播，以经验参数反映人工边界外行波动的衰减和多角度透射特性。在人工边界处分别施加反映固相和液相介质传播效应的弹簧及阻尼来模拟人工边界以外的无限域介质对来自有限域的外行波的能量的吸收作用。从而形成一种流体饱和多孔介质的黏弹性动力人工边界。数值算例表明：边界的精度和稳定性高于现有的黏性边界、黏弹性人工边界及一阶透射边界。     

局部透射边界的精度

离散局部透射边界和旁轴近似的精度分析表明,它们所以缺乏透射大角度入射波的能力乃是源于采用单一的透射方向。本文提出将边界节点附近的入射波表示为一系列预定入射角的平面波的叠加以消除这一缺点。在这一思想上建立的局部透射边界能够在全部入射角范围内减小反射。通过模拟稳态SH波动简要地阐明了上述思想及其在建立高精度、稳定的局部透射边界中的意义。     

局部透射边界在稳态波动有限元模拟中的应用

本文将局部透射边界和集中质量有限元技术结合起来形成一个模拟稳态近场波动的力学模型。这一模型中任一节点的运动仅与其邻近的节点耦联。这一特点导致稳态波动有限元模拟的一种十分简便和有效的算法。本文将以基底固定的弹性层内的出平面波动为例阐明这一算法,并用一种新的局部透射边界模拟行进波动。     

多人工波速优化透射边界在谱元法地震波动模拟中的应用

将作者最近发展的多人工波速优化透射边界(记为ca j-MTF)应用于高精度谱元法的地震波动模拟中,并与经典的廖氏透射(MTF)边界、完美匹配层(PML)边界、黏弹性边界以及一阶旁轴近似边界进行了比较分析.结果显示:①ca j-MTF边界与MTF边界在形式上非常接近,它继承了后者公式简单、易于实现、精度可控、计算量低以及...     

连续傍轴近似公式及其多种离散形式

基于单向波动法向透射的一般运动学模型和局部多项式插值函数,推导建立了连续形和2阶离散形法向透射傍轴近似公式。指出连续形傍轴近似公式具有多种离散形式,本文给出的标准形式、已有的多次透射公式和平面波多项式外推公式都是连续形傍轴近似公式的不同离散形式,因此具有基本相当的精度、稳定性和计算效率以及相同的普适性和局限性。     

地震波动数值模拟及稳定性研究

本文针对显式有限元-有限差分法进行了系统的研究,包括理论分析、算法改进以及实际应用.通过理论推导定量地研究了采用这种数值模拟方法对波动传播规律的影响,以及其在结合局部透射人工边界进行计算时的稳定条件.就采用该方法结合局部透射人工边界求解波源问题和散射问题的情况分别提出了改进计算的措施,并通过数值试验验证其有效性.     

一种基于多项式外推的局部透射边界位移解(外行波为平面波情形)

基于外行波局部法向透射概念，从多项式外推的角度，结合一维和广义二维几何解释，推导建立了外行波为平面波时，人工边界节点位移解的计算公式。对该位移解的精度进行了时域分析，论证了该位移解收敛于数值精确解的必要条件和线性外推位移解的精度与数值精确解匹配的充要条件。在此基础上提出了一次“精确”透射的概念和相应的数学方法，实现了该位移解逼近于数值精确解的优化计算。     

基于简谐波动模型的法向透射边界及其向任意波动的推广

基于外行简谐波动模型、多项式插值理论和具有解析表达式的外插序列,导出了N阶透射边界及其误差项与收敛的充分条件。利用外插序列的时空坐标满足同一直线方程的几何特征,完成了简谐波动N阶透射边界向任意外行波动阶透射边界的推广。依据外插序列的解析表达式,导出了后者误差项的近似表达式和收敛性的充分条件。N阶透射边界的主部与N阶多次透射公式相同,但误差项的表达式不同,精度与收敛性的分析方法与结果也不同。提出了与虚拟透射边界相关的频率放大倍数概念,认为它们是影响虚拟透射边界精度的关键因素。     

透射边界高频失稳机理及稳定实现——P-SV波动

波动数值模拟的稳定性是获得可靠结果的前提.透射边界是一类具有高阶、高效等特点的人工边界,其引发的高频失稳是由内域格式和透射边界的不当耦合所致.本文针对P-SV波动有限元模拟中透射边界引发的失稳问题,基于GKS定理的群速度解释,通过对有限元和透射边界的频散分析揭示了数值失稳机理为透射边界和相邻内域格式支持了群速度指向内域的高频P波或SV波,波动能量将从边界进入内域引发数值失稳.同时,对比连续模型频散指出引发失稳的谐波是由有限元离散引入.本文采用修改的数值积分方法调整有限元刚度,以消除有限元中引发边界失稳的高频波动成分,从而稳定实现透射边界.理论分析和数值实验均表明本文稳定措施的有效性.