瞬态波在非均匀损伤混凝土介质中的传播

研究了瞬态波在非均匀损伤混凝土介质中的传播,将连续非均匀损伤混凝土介质进行分层均匀损伤的近似处理,利用波谱系数传递矩阵和信号处理手段,计算了3种典型损伤模型对近似脉冲输入信号的时域响应.计算结果表明,由于损伤的存在,将导致响应波的波幅增大,波形畸变,损伤越大,这种增大和畸变的影响程度越明显.     

垂直发育裂隙介质中PP波扰动法近似反射系数研究

为了实现裂隙介质中的地震AVO(amplitude variation with offset)反演,基于Christoffel方程和边界条件,推导了EDA介质中PP波、PS1波、PS2波精确反射系数表达式,并采用扰动法推导了极端弱各向异性介质中PP波的近似反射系数,通过弹性系数简化得到HTI、裂隙EDA介质中PP波的近似反射系数。模型计算结果表明:在弱各向异性条件下,HTI(horizontal transverse isotropy)介质中地震波的近似反射系数公式计算精度较高,相对误差在4%以内;当裂隙介质在弱各向异性(各向异性系数0.1)的情况下,当入射角在40°以内时,PP波近似反射系数与精确反射系数的绝对误差在10~(-4)以内,相对误差小于4%,但随着入射角的加大其计算误差有所增加。对各向异性较强烈(各向异性系数达到0.2)的裂隙介质,当入射角相对较小时(小于45°时),裂隙介质中PP波近似反射系数计算式对于强各向异性的介质仍然成立。通过对反射系数的近似研究,可以将裂隙介质中反射系数的非线性问题转为线性问题,进而利用这些特性进行参数反演,有利于提高反演速度。     

相对论直线电子注与慢波相互作用系统的色散关系的研究

研究了相对论直线电子注与介质中的慢波相互作用系统的色散关系.研究表明当电子注的速度超过介质中电磁波的相速度时有不稳定性产生.通过冷流体近似的办法,在小信号极限下得到了色散关系的方程式增长率以及空间增长率的解析表达式.这种特有的色散关系的研究对研制一种新型的微波致密大功率输出器件具有一定的理论指导意义.     

裂缝-孔隙型双重介质油藏流体窜流规律

从数值计算和物理模拟两个方面研究了裂缝-孔隙型双重介质油藏的渗流规律问题,根据双重介质渗流的微分方程,建立裂缝孔隙之间窜流的数学模型,给出了其在拉氏空间中的通解.运用Stehfest数值反演方法,得到实空间的解,通过数值计算研究压力的动态特征,分析了储容系数和窜流系数对压力响应的敏感性;同时在室内模拟研究了流体在双重介质中的窜流规律.试验结果表明:在双重介质流体窜流规律的研究方面,数值计算与物理模拟试验结果具有很好的一致性.这说明在一般情况下可利用近似解析解进行压力分析,使得近似解析解可在具体试井分析中使用,为油藏工程和渗流力学试井分析提供了一种新的方法.     

三维双相各向异性介质弹性波方程交错网格高阶有限差分法模拟

基于Biot理论,给出了三维双相各向异性介质应力-速度弹性波方程交错网格任意偶阶精度有限差分解法,并对三维双相各向异性(TIH)介质中弹性波场进行了模拟.结果表明,弹性波在三维双相各向异性介质中传播时存在快纵波qP1、快横波qS1、慢横波qS2和慢纵波qP2,并清楚地观测到了横波分裂、横波分裂盲点、波面三分叉等特殊现象.快纵波在固相和流相中的相位相同;而慢纵波在固相和流相中的相位相反,即慢纵波在流相中振幅大,而在固相中的振幅较小.另外,三维双相各向异性介质中弹性波场的快纵波和快横波的耦合关系、波的类型、能量分布和相位等都是在三维空间中变化的.     

VTI介质修正声学近似qP波波动方程与模拟

各向异性介质中纵横波通常耦合在一起传播,纵横波解耦是地震波传播理论研究的重要内容。经典的声学近似通过设置垂向qSV波速度V_S0为0来解耦qP波场,但是存在退化qSV波等问题。本研究将垂向qSV波速度V_S0考虑成波数k_x、k_z和各向异性参数ε、δ的函数,对声学近似进行修正,推导了VTI介质修正声学近似qP波频散关系和波动方程。VTI介质修正声学近似qP波波动方程包含椭圆项和非椭圆项两部分,因此采用混合有限差分/伪谱算法进行求解,即采用有限差分法求解椭圆项、伪谱法求解非椭圆项。频散关系分析和数值示例表明,基于修正声学近似的qP波波动方程不包含退化qSV波,是纯qP波方程,与弹性波方程模拟结果吻合较好,且具有较高精度;该方程在ε≥δ和ε<δ的VTI介质中均是稳定的,并且精度高于声学近似模拟结果。     

任意水深多孔介质海底上的线性波-流相互作用

为了全面、合理地刻画波-流相互作用和多孔介质海底分布的这些近岸水域的普遍特征,并且充分注意近岸水深变化的一般性,从线性水波理论出发,运用Green第二恒等式建立了任意水深变化、多孔介质海底上的波-流相互作用综合水波模型方程理论.这是对缓坡方程理论的一次有效的扩展,为后续非线性波传播理论的建立提供了一个良好的线性波理论基础.     

一类渐变介质的反射系数

一、引言研究波自渐变介质的反射无论在电磁波传播问题中或是水声传播问题中均具有很重要的意义。在电磁波传播中,电离层及对流层常常可以视为渐变介质。在水声传播问题中,海水本身是渐变介质,而海底介质有时也近似是渐变介质。此外,某些消波结构系统(例如电磁波中的涂层,声波中的尖劈)也可作为渐变吸收层来处理。因此,研究波自渐变介质的反射具有理论上和实用上的意义。在这方面前人已经作过许多重要的工作(例如文[5]中所引的工作)。在声学问题中,过去主要是讨论声速分层变化的介质的反射。最近,在文[6]中讨论了声速与密度同时为分层变化的反射问题。在本文中我们根据文[6]中的方法讨论了一类渐变介质的反射系数,渐变层中的声速与密度均为指数变化形式(介质情况如图1),导出了反射系数的表示式,对某些特殊情况作了分析,对垂直入射情况作了数值计算,并且与W.K.B.近似结果进行了比较。     

细观结构固体中波传播模型的孤波近似解

本文利用广义变分迭代法,得到了细观结构固体中波传播模型的任意精度的孤波近似解.我们把一级近似解与数值解进行了比较,结果表明即使是一级近似解也能够较好地吻合数值解,且能够反映出细观结构固体中孤立波的传播特性.这表明我们得到的孤波近似解是一种精度很高的解析近似解,对细观结构固体中孤波传播问题的研究具有重要意义.     

三维双相各向异性介质弹性波方程交错网格高阶有限差分法模拟

基于Biot理论，给出了三维双相各向异性介质应力一速度弹性波方程交错网格任意偶阶精度有限差分解法，并对三维双相各向异性（TIH）介质中弹性波场进行了模拟。结果表明，弹性波在三维双相各向异性介质中传播时存在快纵波qP1、快横波qS1、慢横波qS2和慢纵波qP2，并清楚地观测到。T横波分裂、横波分裂盲点、波面三分叉等特殊现象。快纵波在固相和流相中的相位相同；而慢纵波在固相和流相中的相位相反，即慢纵波在流相中振幅大，而在固相中的振幅较小。另外，三维双相各向异性介质中弹性波场的快纵波和快横波的耦合关系、波的类型、能量分布和相位等都是在三维空间中变化的。     

半地转近似下正压大气中的非线性波动

本文在半地转近似下讨论了正压模式大气中的非线性 Rossby 波.结果表明:这些非线性 Rossby 波可以是椭圆函数形式的波、孤立波或冲击波;产生这些波动的条件是由一个称之为“总能量”的物理量给出的,同时还敏感地依赖于相应量的初相值;文中还求出了一支没有线性近似对应的新频率的非线性波解,它纯粹是非线性效应的产物.     

二阶微小项声波动方程的同伦分析近似解

由于声波在大气中的传播复杂性,数值模拟方法被广泛采用,但其不能给出解析解的表达式,且其精度有限.文章利用同伦分析方法求解二阶微小项声波动方程的近似解,该方程可以描述声波在大气中传播时的衰减和非线性效应.首先,引入包含衰减项的初始近似解,利用同伦分析方法迭代公式求得一次、二次近似解以及三阶近似解;之后利用Monin-Obukhov相似理论得到的多云、有风的夜晚天气条件下的声速剖面、风速剖面、温度剖面,并对近似解进行了空间数值模拟.结果表明,由于非线性和衰减效应,近似解波形发生了畸变,且声压随着传播距离的增加而减小,因此对研究大气中的声波传播特性具有重要意义.     

A large time step Godunov scheme for free-surface shallow water equations

An algorithm for simulating free surface flows is presented using large time step based on the wave-propagation method proposed by LeVeque, and an exact Riemann solver is used. A multiple wave approximation approach was suggested for eliminating the discontinuities found in the rarefaction fans of dam-breaking flows. In addition, we use the random choice method to reduce non-physical oscillations. Applications demonstrate that the algorithm proposed in this paper can considerably increase the CFL number up to 25 when modeling dam-break flows, while retaining satisfactory accuracy and efficiency. This suggests that our algorithm has the potential to be applied to modeling free surface flows.     

大动脉血管壁应力孤立波

在人体正常生理条件下,血管内的扰动将以应力波的形式传播.讨论了大动脉血管壁应力波的传播问题,得到了描述血管壁运动的非线性方程,分析了其线性近似下的色散关系.该非线性方程在低阶近似下演化为KdV方程,这说明在大动脉血管中存在孤立波,最后给出了该孤立波解并讨论了其实际意义.     

矩形截面半潜式平台浪流耦合作用涡激运动响应二维数值模拟

通过计算流体力学(CFD)数值模拟,针对一型采用矩形截面立柱设计的深吃水半潜式生产平台,研究其在波浪和流共同作用时的涡激运动响应.选取典型135°来流方向,以正弦振荡流模拟波浪,考虑不同KC数、不同相对流数下波浪与同向均匀流耦合作用.研究表明,较之于仅有均匀流作用,均匀流和正弦振荡流耦合作用时,矩形截面立柱的半潜式平台运动响应明显增大.振荡流耦合作用影响显著.     

二维非静水压的海洋波动

在垂向动量方程中引入柯氏力的分量,即考虑在非静水压下的海洋波动,证明了只有当密度分层时,上述的柯氏力分量才对波动有影响,并且使得前传的内重力波速小于后传的波速,对于任意波数,内重力波速总是落在某一范围内。     

Scheme construction with numerical flux residual correction (NFRC) and group velocity control (GVC)

For simulating multi-scale complex flow fields like turbulent flows, the high order accurate schemes are preferred. In this paper, a scheme construction with numerical flux residual correction (NFRC) is presented. Any order accurate difference approximation can be obtained with the NFRC. To improve the resolution of the shock, the constructed schemes are modified with group velocity control (GVC) and weighted group velocity control (WGVC). The method of scheme construction is simple, and it is used to solve practical problems.     

Shear instabilities in granular flows.

Unstable waves have been long studied in fluid shear layers. These waves affect transport in the atmosphere and oceans, in addition to slipstream stability behind ships, aeroplanes and heat-transfer devices. Corresponding instabilities in granular flows have not been previously documented, despite the importance of these flows in geophysical and industrial systems. Here we report that breaking waves can form at the interface between two streams of identical grains flowing on an inclined plane downstream of a splitter plate. Changes in either the shear rate or the angle of incline cause such waves to appear abruptly. We analyse a granular flow model that agrees qualitatively with our experimental data; the model suggests that the waves result from competition between shear and extensional strains in the flowing granular bed. We propose a dimensionless shear number that governs the transition between steady and wavy flows.     

泊肃叶流的强非线性表面长波

考虑了在单层泊肃叶流背景下的强非线性长波,其中唯一假设为水深与特征波长之比为小量,建立了基于平均速度为速度变量的模型.由于在推导过程中未对波幅做任何假设,因而获得的模型具有更广的适用范围.     

River plumes as a source of large-amplitude internal waves in the coastal ocean

Satellite images have long revealed the surface expression of large amplitude internal waves that propagate along density interfaces beneath the sea surface. Internal waves are typically the most energetic high-frequency events in the coastal ocean, displacing water parcels by up to 100 m and generating strong currents and turbulence that mix nutrients into near-surface waters for biological utilization. While internal waves are known to be generated by tidal currents over ocean-bottom topography, they have also been observed frequently in the absence of any apparent tide-topography interactions. Here we present repeated measurements of velocity, density and acoustic backscatter across the Columbia River plume front. These show how internal waves can be generated from a river plume that flows as a gravity current into the coastal ocean. We find that the convergence of horizontal velocities at the plume front causes frontal growth and subsequent displacement downward of near-surface waters. Individual freely propagating waves are released from the river plume front when the front's propagation speed decreases below the wave speed in the water ahead of it. This mechanism generates internal waves of similar amplitude and steepness as internal waves from tide-topography interactions observed elsewhere, and is therefore important to the understanding of coastal ocean mixing.