改进BISQ模型的双相介质地震波场数值模拟及频散校正

从改进BlSQ模型的双相介质所对应的速度-应力运动方程出发,构建2×2N阶交错网格有限差分模拟算法:同时,为压制模拟过程中的数值频散现象,采用通量校正传输(FCT)技术获得带FCT修正的交错网格有限差分模拟算法,对各向同性双相介质进行地震波场数值模拟.研究结果表明:(1)波场存在快纵波、慢纵波和横波等波场特征,并与模型的理论响应相符,说明交错网格模拟算法具有正确性和可行性;(2)采用FCT修正的交错网模拟算法能够有效压制数值频散,并保留真实的波场特征.     

网格并行编程方法及其在地震波场正演模拟中的应用

波动方程的地震波场正演模拟是研究复杂地区地震资料采集、处理和解释的有效辅助手段,其巨大的计算量往往是单台计算机难以承受的.MPICH-G2是传统的紧耦合并行策略在网格中的实现,然而它对网格环境要求高,带宽需求大,且已不能适应目前基于Web Service的网格架构.研究并实现了网格松散耦合并行策略,将任务按照粗粒度方式划分,减少子任务间同步次数和通信量,有机地将网格计算和波动方程的地震波场正演模拟结合起来.由于地震波场正演模拟是计算密集型任务,节点间数据传输量并不很大,非常适合这种松散耦合的并行策略.实验表明,这种网格并行方式可以有效地减少地震波场正演模拟的时间,提高效率.     

黄土塬斜坡带地震波激发数值模拟与波场特征

黄土塬斜坡带的地震资料品质最差,研究程度极低。采用先进的交错网格、谱元法和高阶有限差分波场模拟算法,对斜坡带地震波激发进行了数值模拟,准确地反映了地震波场特征,从理论上优选出地震波激发参数。经试验提出一套超多井组合地震波激发技术,取得了高精度的三维地震资料。     

爆破地震波引起远场拱坝振动的数值模拟

针对在爆破地震波数值模拟中,存在毫米级网格尺寸将导致模型网格数量巨大而无法计算的问题,采用等效爆破荷载法,避开传统方法中对炮孔形状的模拟,忽略对近场范围内结构的精确模拟,在保证振速峰值精度基础上适当增大网格尺寸,实现对爆破地震波引起处于爆破远场拱坝振动的数值模拟.最终,坝体振速峰值与实测值对比表明,二者符合较好,满足大坝爆破振动安全控制标准,可以作为类似工程爆破振动数值模拟的参考.     

虚谱法无反射速度-应力方程地震数值模拟

基于单程波波场廷拓算子的零偏移距地震数值模拟方法难以适应复杂地质条件下地震波速度的空间剧烈变化,且其最大成像角度有不同程度的限制.本文依据地震反射的形成机理,重置模型空问的密度分布,使得模型空间内纵波阻抗为常量以压制层间多次波;采用虚谱法可得到高精度的地震波场空间导数,因此可有效抑制空间数值频散,同时提高了数值模拟的垂向分辨率.数值模拟结果表明,得到的零偏移距地震记录绕射波场完整,偏移归位效果优于频率-波数域或频率-空间域的单程波模拟结果.无反射一阶应力-速度方程零偏移距数值模拟可有效压制多次反射波,在较大网格间距时,虚谱法仍可有效抑制数值频散.     

无网格九点差分法在求解海洋污染中的应用

针对污染物浓度方程提出了一种计算速度较快、精度较高的计算格式一无网格九点差分格式．无网格法以其数据结构简单、计算精度高、网格前处理工作简单，已日益成为数值计算的一种重要的形式．在对无网格九点差分法进行阐述的基础上，对二维污染物浓度方程和实际潮流浓度场进行了数值模拟，数值结果表明，该格式较传统的数值计算格式精度高，并具有计算速度快、编程简单、易于拟合不规则边界等优点．     

基于二维颗粒元法的超高速碰撞薄靶数值模拟

传统基于网格数值方法在模拟超高速碰撞时存在着材料大变形引起节点位置异常变化,导致单元畸变严重使计算无法进行;尤其是超高速碰撞中引起的材料断裂、破碎等用传统网格算法很难准确描述. 为克服传统网格算法在模拟超高速碰撞时存在的缺陷和不足,用二维颗粒元法模拟直径为5 mm球形弹丸以4~7 km/s对2 mm厚的靶板碰撞. 模拟结果表明,该方法克服了计算过程中存在的网格畸变现象,模拟得到的弹丸对薄靶开孔规律和形成碎片云形貌与实验基本吻合,证实了二维颗粒元法可作为新方法模拟超高速碰撞.     

地震波震源加载方式对波场特征的影响

目的地震波场数值模拟中,研究胀缩源、集中力源、剪切源在各向异性介质中引起的波场特征。方法采用MPML吸收边界,详细地分析了3种震源的加载机理,基于交错网格高阶有限差分法的波动方程进行数值模拟。结果不同震源在介质中对波场类型、偏振方向、各分量的能量分配等特征有较大的影响。结论结果对横波分裂的研究和野外观测系统的震源研究有一定的理论指导意义。     

飞行器地面效应定常/非定常流场数值模拟

采用重叠网格技术,通过求解Navier-Stokes方程,对飞行器起飞状态下增升装置的地面效应进行了数值模拟.选取GAW-1为基本翼型进行增升装置设计,进一步生成重叠网格,分别采用“虚拟运动地面”模式边界条件进行了计及地面效应定常流场数值模拟,以及飞行器运动模式进行了计及地面效应的非定常流场数值模拟.对比分析了不同数值模拟方法之间对气动特性以及流场的影响,为飞行器地面效应数值模拟提供了参考.     

浅水不规则波的无网格数值模拟

采用基于配点和径向基函数的无网格数值模拟方法,建立数值海洋工程水池,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;对深水不规则波经斜坡过渡后在均匀水深浅水域中传播的过程进行无网格数值模拟和波谱的迭代修正.不规则波的数值模拟结果显示,该方法形式简单、计算速度快、稳定性好.经物理水池的造波实验验证,波浪谱、波浪参数、波浪时历都与实验结果吻合良好,并具有浅水波特征,最终模拟得到的浅水不规则波令人满意.     

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.     

确定土层自由场地震动的二维简化模型

为了研究均匀土层自由场地震动的二维简化模型,首先利用弹性波动理论,得到土介质的二维波动方程,采用分离变量法来求解该方程,根据土层上下界面的边界条件确定土层竖向振动的特征频率和振型;根据波沿水平方向向无穷远处传播的衰减特性确定波沿水平方向衰减系数,得到土层自由场自由振动的相对位移的解析解。然后,采用振型叠加法求解强迫振动情况下的波动方程,得出二维情况下均匀土层在地震作用下沿水平方向相对位移的解析解。通过上述计算,得到了土层自由场地震动的二维简化模型。通过具体算例,分别对研究的二维简化模型与一维剪切梁模型进行了比较。比较结果表明,地下土层水平维度对于均匀土层自由场地震动反应的影响很小。     

船舶结构Daubechies小波基无网格分析方法研究

提出一种新的应用Daubechies小波尺度函数来逼近船舶结构场函数的无网格分析方法.首先选用具有紧支性和正交性特征的Daubechies小波作为基函数,由小波尺度函数张量积的形式来构造船舶二维结构的近似表达,降低了问题求解的复杂度.然后运用增量法对构建的船舶二维结构Daubechies小波无网格场函数进行迭代求解.最后选取典型船舶二维结构进行算例分析,并把计算结果与有限元法(FEM)结果进行比较验证了所提方法的有效性.     

二维平板内驻波声流对传热的影响

利用时空守恒元解元(CE/SE)算法求解二维无量纲非稳态可压缩Navier-Stokes方程,将CE/SE算法应用于二维平板内驻波声流的计算,对求解出的流场与理论近似解作对比分析,在此基础上通过对比自然对流换热来研究驻波声流对二维平板内对流换热的影响。分析结果,CE/SE算法能很好的计算出声流流场,计算得到的声流流场与理论近似解相吻合,同时得到了声流流场下的温度场。结果表明了驻波声流能明显的加快对流换热,有效的降低流场中的热量。     

Helmholtz问题具径向基函数的无网格法

构造了Helmholtz方程具径向基函数的无网格方法.通过引入多种径向基函数构造了Galerkin型的无网格方法.文末给出了数值算例,并与有限元方法进行了比较.讨论了无网格方法的数值精度以及径向基函数中参数对其数值解的影响.结果表明具径向基函数的Galerkin型无网格方法是求解Helmholtz方程的一种有效且精度高的方法.     

基于二次移动单元的边界点法解弹性力学问题

边界点法是一种结合基本解法和边界元法二者优点的新的边界型无网格数值方法.将边界点法推广到弹性力学问题的数值求解中,在边界点法原有的常数移动单元基础上,引入了二次移动单元,解决了后处理过程中由于近奇异性而产生的边界附近应力的计算精度问题以及薄壁构件的分析问题.用改进的边界点法对弹性力学平面问题的典型算例进行了分析,结果表明数值解与精确解吻合良好.     

径向基函数Galerkin方法在地下水数值模拟中的应用

本文主要介绍了利用径向基函数构造Galerkin型无网格方法.并将其应用于解决地下水稳定渗流问题,讨论了近似解与精确解所产生的误差对比.结果表明,径向基函数Galerkin是一种既有效又有较高精度的求解方法.     

改进无网格法求解断裂力学参数

结合无网格法(element free galerkin,EFG)和单位分解思想的特点,在不连续位移模式中引入跳跃函数和渐进位移场函数对无网格法进行改进,建立不连续近似函数的离散方程,求解裂尖附近的场变量,研究了改进无网格中参数选取对I型裂纹应力强度因子的影响,验证了改进无网格法的可靠性和精确性。     

浅层断层探测技术及工程应用

浅层断层探测是工程场地地震安全性评价的现场工作内容之一,其主要目的是查明地表附近断层的空间展布特征和最新活动时代,为地震危险性评价、工程避让或采取抗断措施等提供依据。浅层断层探测常用的方法有浅层地震反射波法、浅层地震折射波法、探地雷达法、高密度电法、地球化学法等。结合各探测方法的原理,分析了各探测方法在适用介质条件、探测深度、探测分辨率等方面的特点,进行了实际工程应用验证。根据各探测方法的特点,给出了不同场地类型条件下的浅层断层探测的优选方法及方法组合方案;并在实际工作中取得了良好的应用效果。