任意裂隙方位双相HTI介质的地震波方程及正演模拟

基于BISQ方程的高频极限,导出了适用于任意方位角的双相HTI介质波动方程,推导了该方程在交错网格空间中求解的高阶有限差分格式和对应的完全匹配层(PML)吸收边界条件,实现了该类介质的地震波场正演模拟。模拟结果表明,该方法能准确模拟地震波在双相HTI介质中的传播过程,得到高精度的波场快照和合成记录。分析得出:在双相各向异性介质中,弹性波的传播仍表现出各向异性特征;孔隙度、粘滞系数和固液耦合密度主要影响慢纵波的振幅和形态。     

复杂介质中地震波传播的数值模拟

提出了复杂介质中地震波传播数值模拟的有限体方法,有限体方法具有与有限元方法相同的网格剖分的灵活性,但计算工作量和存储量少得多。数值结果表明了算法的有效性。     

基于非均匀网格的岩石破坏过程分析系统

提出了一个新型的能够分析岩石局部破坏过程的非耦合方法,即在岩石破裂过程分析系统(RFPA)中引入非均匀网格,利用其他商业数值模拟软件的优秀前处理功能进行建模,把建好的模型信息导入到RFPA中进行计算和后处理.为了验证程序的可靠性,同原RFPA均匀网格做一个简单误差对比.最后给出一些计算实例.结果表明,此方法不仅突破了原来RFPA的网格和模型的限制,而且操作简便,是值得岩土工程应用和推广的新型数值模拟方法.     

基于双孔模型的含流体各向异性介质地震波场数值模拟

裂缝的存在是诱导地下介质产生各向异性的主要原因,而裂缝中的流体则能够对地震波产生十分明显的能量衰减。本文基于双重孔隙介质理论,对含流体各向异性介质的地震响应特征进行了数值模拟,发现双孔介质的各向异性与介质的渗透率、裂缝密度、有效压力和频率均有重要联系。基于衰减各向异性理论,推导了含流体各向异性介质二维三分量应力-应变关系,结合旋转交错网格有限差分法,通过数值模拟给出了双孔介质中地震波的传播规律,结果表明裂缝密度的增大能够显著地增强介质的各向异性,使得q P波和快慢q S波垂直或平行于裂缝面的波前面均更接近椭圆,且流体的存在能够对q P和q S波相速度造成较为显著的衰减。     

波在非均匀媒质中传播时的解

该文从声场方程出发推导出波在非均匀媒质中传播时的波动方程,并利用WKB近似法得出声波在空气中传播时波函数的表达形式,为研究声波在非均匀媒质中的传播提供了一种近似解。     

基桩的动态响应特性及弹性波传播的仿真

通过简化基桩为一维弹性杆件,并根据基桩埋置于地下后的受力情况,推导了应力波在桩身中传播的阻尼波动方程.根据该方程,分别给出了纯摩擦桩、端承桩、摩擦端承桩的振动初始条件和边界条件,导出了3类桩动态响应的数学模型,并对其动力特性进行了分析.最后,运用Matlab对桩身中弹性波的传播进行了模拟.     

各向异性介质中的波动方程

从麦克斯韦方程组出发,结合各向异性介质中的物质电磁性质方程,推导出电各向异性与磁各向异性介质中的电磁波波动方程,并对其性质及解进行了讨论,得出了初步的结果。     

双相组分孔隙介质波场数值模拟

孔隙介质理论的研究以往常用试验分析方法,本文详细介绍了双相组分孔隙介质理论,基于宏观上等效的一系列体积分数加权平均组分分量方程,得到双相组分孔隙介质整体弹性矩阵与所有组分弹性矩阵之间的体积分数及耦合系数加权关系,得出各弹性参数的表达式;结合弹性波动力学中的Cauchy、Navier和本构三个方程,得到弹性波在等效后的组分孔隙介质中传播满足的波动方程,应用交错网格有限差分法求解该波动方程;采用不同孔隙度双相组分孔隙介质模型波场数值模拟,精确得到了混合波场;总结了双相组分型弹性孔隙流体介质中地震波传播的特点和规律。     

曲线坐标系下非均匀水流中波浪传播的数值模拟

利用自适应网格技术，建立了曲线坐标系下缓变水深水域非均匀水流中波浪传播的数值模拟模型。将椭圆型非均匀水流中波浪传播的联合折射-绕射方程化为依赖时间变化的抛物型方程，并以此作为控制方程，克服了一般抛物近似方法的缺点；从开边界条件、不同反射特性的固壁边界条件相统一的表达式出发，对边界条件进行处理；用ADI法数值求解控制方程。验证结果表明，模型能适应复杂的边界形状，可以较好地模拟复杂边界条件下波浪传播过程中的多种物理现象，克服了以往各种代数坐标变换的局限性，有效地反映了水流对波浪传播的影响。模型的模拟结果可供实际工程参考使用。     

水波传播的无网格数值模拟

在水波传播的数值模拟中采用了一种基于配点和径向基函数的无网格方法.采用Laplace方程的基本解作为径向基函数,将源点布置在模拟波浪场之外,沿边界布置配点而不是划分网格,从而自动满足控制方程,且不存在奇点,不需要求解积分方程.数值造波采用给定入射波面和速度势的方法,数值消波综合采用阻尼层消波和Sommerfeld辐射条件,非线性自由面的演化追踪采用二阶Taylor级数展开式.对线性规则波和非线性三阶Stokes波的模拟显示,数值结果与理论解吻合良好.表明无网格方法不但形式简单、计算速度快,而且稳定性和准确性令人满意,有望成为水波模拟问题的一种有效的数值方法.     

基于多GPU加速的各向异性弹性波正演模拟

比较分析了在不同网格大小介质模型情况下,分别采用串行计算、CPU 16个线程并行计算和4块GPU并行计算进行各向异性弹性波动方程正演模拟的执行时间差异。发现在网格点为2563的大模型上,用4块GPU的并行模拟计算相对16线程并行计算与串行计算的加速分别为30倍与156倍。表明多GPU并行算法可以显著缩短数值模拟时间,而且模型网格越大,加速效果越显著。因此,在单机环境下进行大尺度模型的各向异性弹性波正演模拟,采用多GPU并行计算方式是一个合适的加速选择。     

储集层参数对地震波传播特征的影响波场模拟法

通过对储集层中地震波场的数值模拟,定性地讨论了孔隙度、渗透率及流体粘滞性对地震波振幅和速度的影响,为以后定量研究储层的这些参数与地震波传播特征的关系打下基础。     

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.     

激波和爆震波在U形管中传播过程模拟

为缩短爆震室轴向尺寸,并满足爆燃波向爆震波转变(DDT)或激波向爆震波转变(SDT)距离的需求,采用曲管爆震室代替直管爆震室来研究曲管中的爆震特性。应用数值方法对激波在U形管中传播、加速过程,SDT过程以及爆震波在U形管中的传播过程进行了模拟。U形管的曲率直径和入射激波强度对SDT有很大影响,较小的曲率直径对SDT有较大的促进作用;在入射激波速度大于960 m/s,曲率直径小于78 mm时,激波可以成功向爆震波转变;爆震波在弯管段形成后,向上游和下游两个方向传播,传播的速度和压力均不同;向上游传播的爆震波可以显示出"三波点"的运动轨迹;弯曲光管对爆震波在短距离内形成是有利的,可以用来作为预爆管。     

弹性波在非均匀介质中传播的波幅研究

对弹性波在非均匀介质中传播时的波幅进行了研究.利用积分变换,用解析方法求解了一维非均匀区域的不同性质对弹性波传播时波幅变化的影响;将非均匀区域离散成均匀的薄层,结合相邻层的连续条件,建立了数值解法的波幅传递矩阵.通过实例计算,将数值解结果与解析解结果进行比较,数值解结果具有较高精度,为工程实际中的无损检测提供了理论和计算分析依据.     

二维泊松方程非均匀网格上的高精度紧致差分格式

提出了数值求解二维泊松方程基于非均匀网格的高阶紧致差分格式,通过选取合适的网格分布参数求解具有边界层的数值算例,空间可以达到四阶精度.并与均匀网格上的计算结果进行比较,充分验证了本文非均匀网格高精度紧致格式的精确性和优越性.     

非均匀网格上求解对流扩散问题的高阶紧致差分方法

基于非均网格上函数的泰勒级数展开,推导出求解一维对流扩散问题的高阶紧致差分格式.对于离散化得到的代数方程组,采用BiCGStab（2）迭代法求解.数值实验表明,该格式对于扩散占优、对流占优及边界层问题都有很好的适应性,对于数值模拟待求物理量的大梯度变化具有很高的分辨率,计算结果明显优于传统的均匀网格上的差分格式.在具体的数值模拟中,可根据实际物理量的变化规律,选取适当的网格生成变换函数,合理地调整非均匀网格的疏密分布,从而获得比在含相同结点数的均匀网络系统中更为精确的数值结果.     

不规则井眼的斯通利波反射数值模拟

讨论了不规则井眼内低频斯通利波反射.利用简化的一维模型研究低频斯通利波的物理性质.用质量平衡边界和传播矩阵表示井眼不规则度与斯通利波的相互关系.模拟结果表明,井径变化比岩性变化产生更强的斯通利波反射.这对实际测井资料解释有重要意义,即斯通利波解释裂缝时,应注意井径变化的影响.将合成模拟的波形与实测波形比较,可以识别裂缝的存在.     

船体结构粘弹性夹层阻抑振动波传递特性研究

基于波动理论分析了含粘弹性材料夹层的船体板架中振动波传递特性,给出粘弹性夹层对弯曲波的隔声量公式.同时将粘弹性夹层引入转角含阻振质量的典型船舶L型结构中,通过多次构造阻抗失配有效地阻断船体振动噪声主分量的传递.在此基础上,将这种复合隔振技术引入到动力舱段声学设计中并开展相应的数值实验.结果表明:粘弹性夹层对船体结构波具有较强的阻抑作用,夹层隔振性能随其杨氏模量降低及尺度增加而增大,夹层杨氏模量对隔声量的影响较其尺度更为显著,在刚性隔振基础上联合应用较小尺度的聚氨酯夹层可显著增加隔振效果并有效拓宽了隔振频带,具有较高的效费比.     

冲击作用下混凝土中应力波传播规律的数值模拟

建立了混凝土中应力波传播的统一经验表达式.采用混凝土JH本构模型对冲击作用下混凝土中应力波的一维、轴对称和球对称传播过程分别进行数值模拟,并通过混凝土中一维应力波传播实验对数值计算结果的可靠性进行验证.数值模拟研究表明：由于材料耗散和几何衰减的共同作用,混凝土中应力波在传播过程中峰值迅速衰减,应力波峰值小于混凝土抗压强度后,应力波峰值的进一步衰减主要是几何衰减的作用结果;所建立的经验表达式可以较好地描述混凝土中应力波传播规律,对于所选用的混凝土,应力波在其内部传播时的衰减系数为0.095 13.