基于南水北调西线工程岩性特征的CSAMT法有限元三维数值模拟研究

有限元法是地球物理数值模拟中常用的方法,本文采用三维可控源音频大地电磁法(CSAMT)有限元数值模拟的程序,根据南水北调西线工程岩性的地球物理特征,设置了不同的三维模型,并对其进行了有限元数值计算分析,从三维空间中模拟场的规律,探索了不同地质异常体的特征,为提高可控源音频大地电磁法在南水北调西线工程深埋藏隧洞探测地质异...     

ADINA前后处理的二次开发及在地球动力学数值模拟的应用

对ADINA的前后处理进行二次开发,采用Fortran语言编写ADINA非线性有限元软件前后处理系统接口软件包,同时研制打分程序,定量判断计算和观测的GPS数据和最大主压应力的相符程度。ADINA前后处理的二次开发,提高ADINA的使用效率和进行地球动力学数值实验的效率,具有必要性和现实意义。     

基于非结构化网格的任意复杂2D RMT有限元模拟

射频大地电磁法(RMT)是以潜艇天线发射的射线源等作为场源的一种地球物理勘探方法,目前被广泛应用于近地表工程和环境地球物理勘探.RMT数据解释常采用基于静态假设的大地电磁法(MT)程序,往往会反演出不真实的浅层目标体.为解决这一长期困扰RMT资料解释的问题,本文实现了考虑位移电流的RMT有限元数值模拟.为了处理任意复杂模型,如起伏地形,非结构的三角形网格被用于离散RMT模型.首先通过算例对比,验证了程序的正确性和可靠性.通过Dike模型讨论了空气层厚度对RMT数值解的影响,结果表明当空气层厚度大于1/4波长即可满足精度要求.以山脊模型为例计算了位移电流对RMT响应的影响,表明位移电流的影响会随着山脊高程的增加而增大.最后通过舒家店实际模型进一步验证了位移电流在RMT中的重要性.     

饱和多孔介质三维时域黏弹性人工边界与动力反应分析的显式有限元法

本文基于Biot的饱和多孔介质本构方程,考察具有辐射阻尼的外行球面波,推导了饱和多孔介质三维黏弹性人工边界的法向和切向边界方程;在已有的饱和多孔介质二维显式有限元数值计算方法基础上,提出该理论的三维方法,并开发了实现该三维方法的有限元程序.算例表明饱和多孔介质三维时域黏弹性人工边界与动力反应分析的显式有限元法具有较好的精度和稳定性.     

大地电磁二维有限元正演过程和编码

数值模拟是地球物理中重要的研究方法,针对复杂的正演问题,一般情况下不存在解析解,数值模拟方法则是一种有效的手段.有限单元法(简称有限元法)是数值模拟的一种重要方法,其优点是适用于物性分布复杂或者是几何特征不规则的地球物理问题.目前有限元法已经应用到大地电磁测深正演中,但是有关文献对其具体应用推导过程中单元刚度矩阵和单元节点编码方面描述较少.单元刚度矩阵是有限元分析中基本方程的系数矩阵,节点编码是将理论进行编程的重要环节.因此本文针对有限元大地电磁二维问题的正演过程,详细反复推导和描述其过程,给出正确结果.特别是清楚描述了单元刚度矩阵的计算过程及单元节点编码与整体结构中节点编码的关系,这对实现有限元正演的编程具有重要的意义.     

信息缺失条件下的海上区块地应力三维分布综合研究

地应力是油气勘探开发过程的重要参数.受到设备、技术水平和自然条件等因素的影响,某些区块勘探钻井信息获取困难;同时存在深水钻井数量少、取心代价高、地应力实测难度大、成本高等困难,使得新勘探区块的地应力相关信息缺失严重、认识程度还比较低.针对上述问题,本文在信息缺失条件下利用多种方法开展地应力研究:通过单井计算建立单井地应力一维剖面;结合区域地质概况,运用Petrel软件和Abaqus软件,利用空间插值法和有限元数值模拟法分别建立地应力模型,通过一维单井地应力计算重构三维地应力分布.通过分析对比发现,利用有限元数值模拟法建立的模型与实际结果相比误差较小,地应力三维分布趋于合理,该研究方法能够为该区块的地应力研究提供一定的参考意义.     

大规模数值计算的层分布物理参数研究

随着计算机技术的飞速发展和地震台网的建设对大城市的地震动数值模拟变成可能。应用地质．地貌以及地球物理勘探等资料建立的三维层结构是保证地震动计算准确性的基础。提出并论证了关于三维层分布模型的建模思路和相关数据处理方法。据此所建立的三维模型符合研究目标区的实际情况,同时,所提供的方法还便于模型的修改和升级。     

自适应时间步长法在土体冻结水热耦合模型中的应用

由于相变的存在,土体冻结过程中的温度传导与水分迁移是一个复杂的物理过程。为了更好地描述冻结过程中水分与温度的变化规律,通过对不饱和土体水分传导方程的研究,考虑冻结过程中的相变,建立了一维冻土水热耦合模型。给出了相应的差分与有限元程序,并对室内冻结实验进行了模拟。提出误差因子的概念,通过对程序计算中时间步长与计算用时、误差关系的分析,论证了进行时间步长优化的必要性。在两种不同数值方法的对比中,体现了有限元计算的稳定性。提出了调整后的自适应时间步长计算方法。计算结果表明,优化时间步的自适应步长法,在不影响模型计算准确度的前提下,可以大幅减少计算用时,提高计算效率。     

基于ANSYS的2.5维直流电法正演模拟

从点电源场中电位满足的微分方程出发,给定相对应边界条件,结合有限元软件ANSYS的强大分析计算功能,通过使用ANSYS本身提供的APDL语言编制相应的计算程序,进行了大量的2.5维直流电法正演计算,取得了很好的效果,证明了ANSYS在地球物理数值模拟方面有着广泛的应用前景,具有很好的理论价值和应用价值.     

地震孕育、发生、发展动态过程的三维有限元数值模拟

为探讨用数值方法模拟地震孕育、发生、发展动态过程的途径,从线性流变体介质内制约质点运动的运动方程出发,导出了模拟地震孕育、发生、发展动态过程的三维有限元方程及程序。还给出了模拟进程中地震孕育、发生、发展过程的约束条件,使得可以用同一个程序完整地模拟地震孕育、发生、发展的全过程,为地震过程本质的认识以及物理预报的实现提供了一个潜在的新手段。     

MatDEM-fast matrix computing of the discrete element method

Discrete element method can effectively simulate the discontinuity, inhomogeneity and large deformation and failure of rock and soil. Based on the innovative matrix computing of the discrete element method, the high-performance discrete element software MatDEM may handle millions of elements in one computer, and enables the discrete element simulation at the engineering scale. It supports heat calculation, multi-field and fluid-solid coupling numerical simulations. Furthermore, the software integrates pre-processing, solver, post-processing, and powerful secondary development, allowing recompiling new discrete element software. The basic principles of the DEM, the implement and development of the MatDEM software, and its applications are introduced in this paper. The software and sample source code are available online (http://matdem.com).     

电位双二次变化二维地电断面电阻率测深有限元数值模拟

以异常电位为研究对象,给出了一种新的二维地电断面电阻率测深的有限元数值模拟方法.该方法与以往这类方法的主要区别在于,网格单元中的电导率采用双线性插值,电位则用二次函数进行双二次插值,从而使得电位的正演结果以及由电位导出的视电阻率更加符合实际地电场的变化规律;另外,有限元网格单元数也大为减少.对几例模型的试算结果表明,文中提出的计算方法是行之有效的.     

基于全区视电阻率的线源FCSEM二维正演模拟

频率域可控源电磁是在大地电磁测深的基础上发展起来的一种人工源电磁测深法,其二维电磁响应的计算须采用数值模拟方法.本文以Matlab为程序编译工具,采用双二次插值的有限单元法,推导出相应的计算公式.为了模拟无穷远边界及满足计算机的内存需求,在保证计算精度的情况下设计了非均匀网格剖分.在程序编制中,只存储有限元系数矩阵的非零元素,大大减少了正演计算的时间.针对频率域可控源电磁法中卡尼亚电阻率在过渡区和近区畸变的问题,给出了全区视电阻率的迭代公式,并对典型的一维层状模型以及简单二维模型进行了计算.过渡区和近区数据经过校正后,可以正确反映出模型的地电特征,证明了线源下近区勘探的可能性.     

瞬变电磁法正演计算进展

详细介绍了瞬变电磁法正演计算的方法、现状和发展趋势.瞬变电磁法一维正演计算需要将电磁场从频率域转换至时间域,转换方法有三种,分别是Gaver-Stehfest算法、余弦变换和Guptasarma算法.在这三种方法中,使用较多的是Gaver-Stehfest算法和余弦变换,Gaver-Stehfest算法速度较快,但精度不及余弦变换.瞬变电磁法的数值模拟主要集中于2.5维和三维,使用的数值计算方法有积分方程法、有限差分法、有限单元法和SLDM法.积分方程法主要在三维数值模拟中使用,现已很少使用;有限差分法和有限单元法是目前瞬变电磁法2.5维和三维数值模拟的主要方法;SLDM法主要应用于三维数值模拟.我国瞬变电磁法正演计算成果主要集中在回线源激发的瞬变电磁场一维数值计算和利用有限单元法进行2.5维和三维数值模拟.瞬变电磁法正演计算的发展趋势有:数值算法的改进、提高计算效率和研究地形对瞬变电磁场的影响规律.     

有限元数值模拟方法在华北地区地震地质研究中的应用进展

文中综述了近30年来有限元数值模拟方法在华北地区地震地质研究中的应用和发展情况,从华北地区地震地质数值模拟的有限元模型、有限元数值模拟所采用的实测资料以及模拟结果3方面进行了讨论,综合分析了华北地区有限元数值模拟从弹性到弹塑性、黏弹性和蠕变性,从二维线性到三维非线性,从连续变形到非连续变形,从个别资料的应用到GPS网络观测资料拟合的发展过程。简单阐述了华北地区有限元数值模拟工作的意义、存在问题和发展趋势     

基于非协调参数Drucker-Prager模型的预应力节段拼装混凝土桥墩滞回性能研究

混凝土的数值计算模型在滞回性能分析中往往比较难收敛,利用有限元软件ADINA提供Drucker-Prager模型的Cap修正屈服准则确立的非协调参数Drucker-Prager模型对预应力节段拼装混凝土桥墩进行数值分析,对预应力节段拼装桥墩在低周往复荷载作用下的滞回性能进行分析。通过比较采用非协调参数Drucker-Prager模型建立的数值模型计算得到的滞回曲线与试验得到的结果,两者吻合程度较高。基于这一成果可以通过数值模拟的方式获得预应力节段拼装桥墩的滞回曲线与相关数据,可应用于预应力节段拼装桥墩抗震计算和设计。     

大型结构地震反应值模拟中的波动输入

解耦的时域有限元数值模拟技术在考虑土－结构相互作用的大型结构地震反应分析中的应用日趋成熟。为完善其中的波动输入技术，本提出 了一种波动输入时步数值模拟的简便方法，替换对自由场的频域计算，从而使结构反应分析可以完全通过时步数值模拟实现。同时，通过数值实现，对这一实施方案的有效性进行了检验。     

CT扫描技术在岩心三维重建中的应用

岩石是具有复杂空间几何分布和不同孔隙尺寸的多孔介质,复杂的孔隙结构不仅影响着岩石的物理性质,同时也为石油天然气等能源的开采带来困难。本文介绍一种基于三维数字岩心的新方法CDPRM,CDPRM利用CT扫描高精度、高分辨率等优点构建类似真实岩心的三维模型,利用3-matic软件将数字岩心转化为数据模型STL文件,导入3D打印机打印岩样并用于实验,同时用HYPERMESH软件对三维孔隙模型进行网格划分并导入有限元软件进行数值模拟。以砂岩为例,对CDPRM的数值模拟应用进行了初步探索。最后对CDPRM的发展做了展望,认为3D打印制作材料混合使用和其他技术（如:光弹性技术）相结合应用将是主要研究方向。      

基于Coulomb规范势的电导率呈任意各向异性海洋可控源电磁三维非结构化有限元数值模拟

本文以非结构化网格剖分为基础,推导了电导率呈任意各向异性条件下的海洋可控源电磁法二次场磁矢量位、标量位所满足的有限元方程.将不完全LU分解预条件因子(ILU)与Induced dimension reduction(IDR(s))迭代算法相结合对有限元方程进行求解.之后,采用加权移动最小二乘法对二次场矢量位、标量位进行求导得到相应的电磁场各分量.最后,开展了两个地电模型的电磁场计算与分析.结果表明:本文所提出的电导率呈任意各向异性条件下的海洋可控源电磁法三维正演算法正确;不完全LU分解预处理的IDR(s)算法计算效率明显优于常用的ILU-QMR、ILU-BICGSTAB算法;算法具有良好的通用性,可用于陆地电磁、航空电磁、井中电磁等地球物理勘探方法在电导率任意各向异性方面的研究.     

TTI介质的交错网格伪P波正演方法

研究了三维弱各向异性近似下,利用伪P波(伪纵波)模拟弹性波场P分量在倾斜对称轴的横向各向同性(TTI)介质中的传播过程,并对比了分别基于弹性Hooke定律、弹性波投影和运动学色散方程所建立的三种二阶差分伪P波方程的正演特点.目前这些伪P波方程数值计算主要采用规则网格差分,但是规则网格在TTI模拟中有低效率、低精度以及不稳定的缺点.为了提高计算的精度,本文构建出相应方程的交错网格有限差分格式.通过对比伪P波方程在三维TTI介质中不同的数值模拟的表达形式,本文认为基于色散方程所建立的伪P波方程在模拟弹性波中P波传播的过程中具有最小的噪声.本文分析不同的各向同性对称轴空间角度的频散特征,并引入适当的横波速度维持计算的稳定.二维模型算例表明,本文提出的交错网格正演算法可以得到稳定光滑的伪P波正演波场.使用本文交错网格算法对二维BP TTI模型的逆时偏移也具有较稳定的偏移结果.