检索结果-内蒙古大学图书馆

地球物理学报 2013年第9期56卷 3085-3099页

作者：刘有山滕吉文刘少林徐涛中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 中国科学院大学北京100049

有限元法是复杂介质地震模拟的有力工具,它能比较客观地反映地震波的传播,比较细致地再现地震图像.但是,为了获得较精确的结果,有限元法模拟地震波的传播需要的网格点数多,具有计算量大和消耗内存多的缺点.针对上述缺点,本文对刚度矩阵... 详细信息

有限元法是复杂介质地震模拟的有力工具,它能比较客观地反映地震波的传播,比较细致地再现地震图像.但是,为了获得较精确的结果,有限元法模拟地震波的传播需要的网格点数多,具有计算量大和消耗内存多的缺点.针对上述缺点,本文对刚度矩阵采用压缩存储行（CSR）格式,以减少计算量并节省内存;采用集中质量矩阵得到对角的质量矩阵以提高有限元法（显式有限元）的计算效率;时间离散采用保能量的Newmark算法以提高有限元法的计算精度;采用变分形式（弱形式）的pml吸收边界条件对人工截断边界进行处理.通过与高精度的数值方法——谱元法的数值试验的对比表明,上述方法的引入可使有限元法在计算精度和计算效率方面均可取得比较显著的改进.为了获得相当的计算精度,相比于7阶谱元法,显式有限元法需要更精细的网格.然而,显式有限元法的计算速度比前者快近2倍,而内存需求仅为谱元法的1/4～1/6.

关键词：显式有限元法压缩存储行(CSR)格式集中质量矩阵 Newmark算法 pml吸收边界条件谱元法

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pml吸收边界条件在波导不连续性问题中的应用

PML吸收边界条件在波导不连续性问题中的应用

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作者：邢立丹电子科技大学

学位级别：硕士

本文在微波管三维CAD软件“微波管模拟器”项目的框架下,基于教研室诸多研究学者的丰硕科研成果的基础上,对pml吸收边界条件在微波器件中的应用进行研究。在无限区域内求解电磁场问题时,使用恰当的网格截断方案和精确的吸收边界条件对... 详细信息

本文在微波管三维CAD软件“微波管模拟器”项目的框架下,基于教研室诸多研究学者的丰硕科研成果的基础上,对pml吸收边界条件在微波器件中的应用进行研究。在无限区域内求解电磁场问题时,使用恰当的网格截断方案和精确的吸收边界条件对于求解界面处可靠的解十分重要。具有介质、结构不连续性的波导器件在各种移相器、功率分配器、滤波器以及环形器等微波器件的设计中获得了广泛的应用。因此,本文结合pml吸收边界条件,对不连续性波导模型进行了分析。首先,采用矢量有限元方法结合pml吸收边界条件,分析解析激励的波导不连续性问题。利用pml吸收边界条件截断计算区域,可以减少计算机内存消耗。采用模式正交性计算波导结构的S参数,可以消除高次模式的影响,进而获得更加精确的解。在结果验证阶段,分别对pml参数设置以及厚度选择、波导介质不连续性以及波导结构不连续性模型进行分析。将计算结果与文献、HFSS仿真软件对比,验证了pml吸收边界条件的有限元法分析波导不连续性问题的准确性。其次,采用模式展开方法分析数值激励下任意端口结构的波导不连续性问题。在波导模型后放置pml吸收边界条件,吸收由于截断计算区域而产生非物理原因反射的电磁波。波导端口数值激励采用模式场叠加形式实现,并使用归一化模式电压和归一化模式电流作为模式场的系数。模式展开方法使用基于Helmholtz方程弱形式的广义散射矩阵法。pml吸收边界条件的参数设置方法延用前面分析解析激励波导不连续性问题时的讨论结果。在算法验证过程中,首先对介质加载波导、双脊波导的二维本征场进行计算验证,然后对无耗介质、有耗介质以及各向异性介质加载的典型波导不连续性模型进行数值计算。通过与商业仿真软件HFSS进行对比,验证了模式展开结合pml吸收边界条件方法分析任意端口结构的波导不连续性问题的有效性。

关键词：有限元 pml吸收边界条件模式展开法波导不连续性 S参数

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pml吸收边界条件在波导不连续性问题中的应用

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真空电子技术 2010年第5期23卷 25-29页

作者：邢立丹徐立朱小芳李斌电子科技大学大功率微波电真空器件技术国防科技重点实验室四川成都610054

采用矢量有限元方法结合pml吸收边界条件分析波导不连续性问题。利用pml吸收边界条件截断计算区域,可以减少内存消耗;采用模式正交性计算波导结构的S参数,可以获得更加精确的解。在结果验证阶段,分别对pml参数设置、厚度选择、波导介质... 详细信息

采用矢量有限元方法结合pml吸收边界条件分析波导不连续性问题。利用pml吸收边界条件截断计算区域,可以减少内存消耗;采用模式正交性计算波导结构的S参数,可以获得更加精确的解。在结果验证阶段,分别对pml参数设置、厚度选择、波导介质不连续性以及波导结构不连续性模型进行分析,将计算结果与文献对比,验证了pml吸收边界条件的有限元法分析波导不连续性问题的准确性。

关键词：有限元 pml吸收边界条件波导不连续性 S参数

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稀疏存储的显式有限元三角网格地震波数值模拟及其pml吸收边界条件

稀疏存储的显式有限元三角网格地震波数值模拟及其PML吸收边界条件

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中国科学院地质与地球物理研究所2013年度（第13届）学术年会

作者：刘有山滕吉文刘少林徐涛中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院大学

有限元法是复杂介质地震模拟的有力工具,它能比较客观地反映地震波的传播,比较细致地再现地震图像.但是,为了获得较精确的结果,有限元法模拟地震波的传播需要的网格点数多,具有计算量大和消耗内存多的缺点.针对上述缺点,本文对刚度矩阵采用压缩存储行(CSR)格式,以减少计算量并节省内存;采用集中质量矩阵得到对角的质量矩阵以提高有限元法(显式有限元)的计算效率;时间离散采用保能量的Newmark算法以提高有限元法的计算精度;采用变分形式(弱形式)的pml吸收边界条件对人工截断边界进行处理.通过与高精度的数值方法——谱元法的数值试验的对比表明,上述方法的引入可使有限元法在计算精度和计算效率方面均可取得比较显著的改进.为了获得相当的计算精度,相比于7阶谱元法,显式有限元法需要更精细的网格.然而,显式有限元法的计算速度比前者快近2倍,而内存需求仅为谱元法的1/4～1/6.

关键词：显式有限元法压缩存储行(CSR)格式集中质量矩阵 Newmark算法 pml吸收边界条件谱元法

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模拟地震波传播的三维逐元并行谱元法

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地球物理学报 2021年第3期64卷 993-1005页

作者：刘少林杨顶辉徐锡伟李小凡申文豪刘有山应急管理部国家自然灾害防治研究院北京100085 清华大学数学科学系北京100084 中国地质大学地球物理与空间信息学院武汉430074 中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室北京100029

高效地震波场正演模拟对于复杂模型中地震波传播与成像研究至关重要.本文在谱元法原理框架内,对已有逐元谱元法改进,提出一种新的逐元并行谱元法求解三维地震波运动方程,并得到地震波场.逐元并行谱元法的核心思想在于在单元上进行质量... 详细信息

高效地震波场正演模拟对于复杂模型中地震波传播与成像研究至关重要.本文在谱元法原理框架内,对已有逐元谱元法改进,提出一种新的逐元并行谱元法求解三维地震波运动方程,并得到地震波场.逐元并行谱元法的核心思想在于在单元上进行质量矩阵与解向量的乘积运算,并将此运算平均分配至每一个CPU计算核心,此处理有利提升谱元法的并行计算效率.同时,根据Gauss-Lobatto-Legendre(GLL)数值积分点与插值点重合的特点,将稠密单元刚度矩阵的存储转化成单元雅克比矩阵行列式的值及其逆的存储,大幅减少谱元法计算内存开销.此外,在模型边界上利用逐元并行谱元法求解二阶位移形式完美匹配层(pml)吸收边界条件,消除边界截断而引入的虚假反射.通过逐元并行谱元法得到的数值解与解析解对比,以及实际地震波场模拟,数值结果证实了逐元并行谱元法用于地震波场模拟的高效性.

关键词：地震波谱元法正演模拟 pml吸收边界条件

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一阶速度—胀缩—旋转弹性波方程交错网格数值模拟

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石油地球物理勘探 2022年第6期57卷 1352-1361,I0004页

作者：王辉何兵寿邵祥奇中国海洋大学海底科学与探测技术教育部重点实验室山东青岛266100 青岛海洋科学与技术国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室山东青岛266100 山东省烟台市自然资源和规划局山东烟台264003

弹性波正演在地震波传播机理研究以及多波地震资料采集、处理、解释和反演中发挥着重要作用。现有的弹性波方程正演模拟常常数值求解一阶速度—应力方程或二阶位移弹性波方程,只能直接得到同时包含纵波和横波的三个质点振动速度分量或... 详细信息

弹性波正演在地震波传播机理研究以及多波地震资料采集、处理、解释和反演中发挥着重要作用。现有的弹性波方程正演模拟常常数值求解一阶速度—应力方程或二阶位移弹性波方程,只能直接得到同时包含纵波和横波的三个质点振动速度分量或位移分量,要想得到更直观的纯纵波和纯横波分量记录,还需要在模拟过程中采用波场解耦算子进行纵、横波分离,因此纵、横波模拟精度同时受制于模拟算法和波场解耦算法的精度。为此,推导了一阶速度—胀缩—旋转弹性波方程在三维交错网格空间中的高阶有限差分格式,并给出了相应的稳定性条件;推导了适应该方程的pml吸收边界条件,实现了一阶速度—胀缩—旋转弹性波方程的正演模拟;分析了模拟结果中各分量的物理意义。由于一阶速度—胀缩—旋转弹性波方程不仅包含了质点的振动速度矢量,而且显式地包含了横波振动速度矢量和纵波振动速度矢量,还包含了一个体应变和一个旋转矢量,因此应用该方程模拟除了能得到三个质点振动速度分量外,还可以直接得到解耦后的纵、横波分量,避免了解耦算法对模拟精度的影响。模型试算证明了该模拟方法的正确性和优越性。

关键词：一阶速度—胀缩—旋转弹性波方程交错网格正演模拟有限差分 pml吸收边界条件纵、横波分离

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Lax-Wendroff集中质量有限元法地震波场模拟

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石油地球物理勘探 2015年第5期50卷 905-911,924页

作者：刘少林李小凡汪文帅刘有山中国科学院地质与地球物理研究所/地球与行星物理重点实验室北京100029 宁夏大学数学计算机学院宁夏银川750021

为了高精度、高效地震波模拟的需要,本文在空间离散上运用集中质量三角网格有限元法求解弹性波方程,在时间离散上运用Lax-Wendroff方法获得时间四阶精度,提出了模拟弹性波传播的Lax-Wendroff集中质量有限元法(LWFEM)。为了防止人工截断... 详细信息

为了高精度、高效地震波模拟的需要,本文在空间离散上运用集中质量三角网格有限元法求解弹性波方程,在时间离散上运用Lax-Wendroff方法获得时间四阶精度,提出了模拟弹性波传播的Lax-Wendroff集中质量有限元法(LWFEM)。为了防止人工截断边界而引起的虚假反射,构造了二阶位移形式的pml吸收边界条件。在周期性网格中,构造LWFEM频散分析的一般特征值问题,得到了LWFEM的稳定性条件。在数值实验中通过与中心差分有限元法(CDFEM)、Runge-Kutta有限元法(RKFEM)以及Newmark谱元法(NSEM)等常见方法的对比,证实了LWFEM弹性波模拟的高效、高精度性及对复杂模型的适应性。

关键词：弹性波有限元法 Lax-Wendroff方法 pml吸收边界条件

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一阶速度-应力Biot双相各向同性介质弹性波波场分离数值模拟

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计算物理 2011年第3期28卷 404-412页

作者：陈可洋中国石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院黑龙江大庆163712

提出一种等价的一阶双曲型速度-应力Biot双相各向同性介质弹性波波动方程,以实现双相介质混合波场中纯快慢纵波和纯横波波场分离的问题.应用散度和旋度理论证明双相介质等价方程波场分离的可行性,采用高阶交错网格有限差分法构建高精度... 详细信息

提出一种等价的一阶双曲型速度-应力Biot双相各向同性介质弹性波波动方程,以实现双相介质混合波场中纯快慢纵波和纯横波波场分离的问题.应用散度和旋度理论证明双相介质等价方程波场分离的可行性,采用高阶交错网格有限差分法构建高精度正演算子,推导其pml吸收边界条件和稳定性条件,并对均匀双相介质和层状非均匀双相介质模型进行数值模拟试验,准确得到固流相混合弹性波场、被完全分离的纯纵横波波场,同时边界吸收效果良好,数值模拟精度较高.计算结果还表明,固流相中的快慢纵波相互伴生因而无法实现分离,且归属于纯纵波波场,流相慢纵波能量比固相慢纵波能量强,这对认识双相介质弹性波的传播规律以及完善双相介质理论具有重要意义.

关键词： Biot双相各向同性介质等效波场分离数值模拟方程纯快慢纵波和纯横波 pml吸收边界条件固相和流相

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VTI介质一阶准P波方程正演模拟及边界条件

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石油地球物理勘探 2010年第6期45卷 819-825页

作者：韩令贺何兵寿中国海洋大学海洋地球科学学院海底探测技术教育部重点实验室山东青岛266100

本文根据具有垂直对称轴的横向各向同性(VTI)介质中的一阶准P波方程,构造了该方程在交错网格中求解的高阶有限差分格式,给出了其稳定性条件;重点研究了适用于该方程的完全匹配层(pml)吸收边界条件,在此基础上实现了VTI介质中一阶准P波... 详细信息

本文根据具有垂直对称轴的横向各向同性(VTI)介质中的一阶准P波方程,构造了该方程在交错网格中求解的高阶有限差分格式,给出了其稳定性条件;重点研究了适用于该方程的完全匹配层(pml)吸收边界条件,在此基础上实现了VTI介质中一阶准P波方程的正演模拟,得到了高精度的波场快照和合成记录,并采用叠前逆时深度偏移算法对复杂模型的合成记录进行偏移成像,得到了较好的成像效果。数值算例表明:准P波方程正演模拟能克服常规弹性波方程正演模拟的某些缺陷,便于研究各向异性介质中纵波的传播机理;叠前逆时深度偏移算法能够对复杂模型准确成像;通过对比分析各向同性与各向异性Marmousi模型的合成记录以及两种偏移算法的成像结果,显示各向异性参数对波场特征(旅行时和振幅)会产生明显影响,在地震资料处理、反演和解释中不可忽略。

关键词： VTI介质准P波方程正演有限差分交错网格逆时偏移 pml吸收边界条件

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高阶交错网格有限差分法纵横波波场分离数值模拟

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地球物理学进展 2010年第3期25卷 877-884页

作者：刘洪林陈可洋杨微吴清岭大庆石油学院地球科学学院大庆163318 大庆油田有限责任公司勘探开发研究院大庆163712 大庆油田有限责任公司第六采油厂大庆163712

本文给出了一种等价的弹性波动方程,以解决完全弹性波场中不能完全分离耦合的纵横波波场问题.对该弹性波动方程进行公式换算,推导出新型等价一阶双曲型方程,应用高阶交错网格有限差分法求解该方程,并给出了相应的最佳匹配层(pml)吸收边... 详细信息

本文给出了一种等价的弹性波动方程,以解决完全弹性波场中不能完全分离耦合的纵横波波场问题.对该弹性波动方程进行公式换算,推导出新型等价一阶双曲型方程,应用高阶交错网格有限差分法求解该方程,并给出了相应的最佳匹配层(pml)吸收边界条件,对均匀介质模型、复杂Marmousi模型和实际地质模型进行波场分离数值试验,准确得到了混合波场、完全分离的纯纵横波波场.数值结果表明,本文方法具有比传统方法更好的数值模拟精度和边界吸收效果,同时分析分离后的纵横波纯波场,可观察到较为丰富的能量转换信息,并发现纯纵波场中的非均匀平面波现象,该波为S波以临界角入射情况下的反射SP波,这对认识复杂弹性波的传播规律及弹性波理论具有重要意义.

关键词：高阶交错网格波场分离等价弹性波动方程数值模拟 pml吸收边界条件

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