交错网格Lowrank有限差分及其在逆时偏移中的应用

研究交错网格Lowrank有限差分方法,分析该方法的精度和频散关系,并将其用于逆时偏移成像。交错网格Lowrank有限差分法通过在交错网格上匹配波场延拓算子的谱响应得到优化的差分系数。将交错网格Lowrank有限差分法用于构建地震波场,处理PML边界条件,给出用其实现逆时偏移的步骤,通过复杂模型试算验证方法的有效性。平面波理论频散分析表明,该方法能在较宽的波数范围内精确拟合频散关系,具有精度高、稳定性条件相对较宽等优点。数值结果表明,交错网格Lowrank有限差分逆时偏移能够对复杂构造进行准确成像,在保证成像精度的前提下节省计算量,具有较好的应用价值。     

基于波场分离的双相各向同性介质正演模拟

基于双相各向同性介质一阶速度-应力方程,利用旋度和散度理论的波场分离方法进行纵横波场解耦,借助高阶交错网格有限差分技术,推导出了其任意偶数阶精度交错网格有限差分格式,最后运用空间八阶时间二阶差分精度及PML边界条件,完成了双相各向同性介质中地震波场正演模拟。结果表明,该方法可准确获得双相各向同性介质固、流相中的高精度纯纵波波场和纯横波波场,有效描述双相各向同性介质中的波场传播规律。同时得出:双相各向同性介质中快、慢纵波相互耦合,无法单独分离;也指出了分界面处波的传播和转换关系,是油气勘探的重要理论依据。     

基于CPU/GPU协同加速叠前逆时偏移方法研究

为了提高地震资料数据处理的计算效率与成像精度,对于逆时偏移算法,采用一阶速度-应力波动方程,使用交错网络高阶有限差分算法进行求解。利用随机边界条件和PML边界条件进行地震波场正向延拓,既减少波场存储量,又能保证波场数据准确性,同时,使用CPU/GPU协同并行计算技术来提高运算效率。实验结果表明,CPU/GPU协同并行加速计算效果明显,叠前逆时偏移算法可对大地层倾角和偏移孔径清晰成像,能够对复杂构造地质体精确成像。     

VPS高阶有限差分正演模型

采用有限差分法求解声波方程．较好地应用吸收边界、自由边界及震源，成功地模拟了地下半无限非均匀介质中声波传播的物理过程；获得了能清楚分辨反射波、多次波、绕射波等各种波型的声波ＶＰＳ剖面．该方法可用于计算构造任意复杂的地震模型．用精度较高的四阶差分格式代替传统的二阶差分格式求解声波方程，得到高精度的差分解．各种构造模型的计算实例表明，此方法已达到实用水平．     

波动方程双程地下方向照明分析

根据地震数据采集系统，对炮点和检波点位置上的波场分别应用波动方程波场传播和波场局部角度域分解方法得到角度域波场，提出一种在角度域进行双程地下方向照明分析的定量方法，并把它应用于SEG（Society of Explomtion Geophysicists）-EAGE（European Association of Geoscientists ＆ Engineers）二维盐丘模型．地下方向照明的定量信息是入射和反射地震波能量在地下各种构造倾角方向上分布的反映．通过这些信息不仅能评价采集系统对地下目标体的效率，而且还能分析地下结构对地震波传播路径的影响，并可对波动方程叠前深度偏移成像效果进行综合评价．     

三维波动方程的数值频散关系及其叠前和叠后数值模拟

采用适于三维各向同性介质正演的有限差分格式,对声波方程进行了差分离散,导出了差分格式的数值频散关系。研究表明,三维正演的数值频散主要受分精度及网络空间步长的影响,尤以后者影响更甚。在相同的条件下,部分步长越大及差分精度越低,数值频散现象越明显。研究还表明,部分网格有低通滤波作用,因而在正演时应使激发源的主要频率远离网格的截止频率,以保证精度。在此基础上对某地质模型进行了叠前和叠后数值模拟。计算结果表明,叠前模拟能够比较真实地反映地震波在地下介质中的传播规律,但计算量过大;叠后模拟时,爆炸界面法能较好地反映地下反射界面形状,但不宜计算较大的模型;平面波照射法可用于计算较大的模型,且能较好地反映波的动力学特征,但不能精确地反映界面形态。     

三维声波散射的时域仿真

为了研究医学超声中的动态波散射问题,建立了三维声波的速度-压力交错网格时域有限差分模型,讨论了完全匹配层吸收边界的构建及其时域有限差分算法的实现,分析了吸收边界的性能.三维声波场中标准目标散射的动态仿真验证了该计算方法的有效性.     

三维波动方程的数值频散关系及其叠前和叠后数值模拟

采用适于三维各向同性介质正演的有限差分格式 ,对声波方程进行了差分离散 ,导出了差分格式的数值频散关系。研究表明 ,三维正演的数值频散主要受差分精度及网格空间步长的影响 ,尤以后者影响更甚。在相同的条件下 ,剖分步长越大及差分精度越低 ,数值频散现象越明显。研究还表明 ,剖分网格有低通滤波作用 ,因而在正演时应使激发源的主要频率远离网格的截止频率 ,以保证精度。在此基础上对某地质模型进行了叠前和叠后数值模拟。计算结果表明 ,叠前模拟能够比较真实地反映地震波在地下介质中的传播规律 ,但计算量过大 ;叠后模拟时 ,爆炸界面法能较好地反映地下反射界面形状 ,但不宜计算较大的模型 ;平面波照射法可用于计算较大的模型 ,且能较好地反映波的动力学特征 ,但不能精确地反映界面形态     

自适应瞬变电磁波场反变换方法及其在隧道超前预报中的应用

瞬变电磁法(TEM)是一种感知地下含水体,圈定隧道含水区范围的有效方法。从瞬变电磁信号中准确提取虚拟波场是刻画含水区形态边界的关键。为提取准确可靠的虚拟波场,需要解决核函数动态范围大、波场反变换方程高度病态和实现自适应求解等问题。本研究基于精细积分方法,结合缩短波场反变换数值积分区间的经验公式,提出优化的自适应波场反变换方法。结果表明,在对均匀半空间的数值模型计算中,对正演数据的拟合误差低于0.5%;在对H型地电断面的数值模型计算中,提取的虚拟波场具有合理准确的运动学特征;在对全空间HKH型模型的数值计算中,提取的虚拟波场突出不同深度的含水层边界,在整个观测时间段拟合程度高;对于隧道实测数据,虚拟反射波在富水区边界和电性界面附近响应明显,拟合误差低于5%,虚拟波场记录圈定的含水区与视电阻率分布规律相互印证且与钻井试验吻合,证实了该方法的有效性和可靠性。     

地震波入射角对地震动特性的影响研究

在场地地震反应研究中,通常假定来自基岩的地震波是垂直向上传播的。但是这一假定与实际情况不符,越来越多的证据表明地震波是以某一角度倾斜向上传播,而且地震波入射角是影响场地地震反应的一个重要因素。为了揭示地震波入射角与地震动特性之间的关系,本文以均匀场地为例,假定地面与基岩面为无限大水平面,根据地震波的传播原理,确定从入射波到达地面同一点处的各条地震波路径,计算每条路径上地震波的到达时间及其振动幅值,然后按照到达时间对这些振动幅值进行叠加运算,计算得到的地震动时程就是场地反应的理论解;结合文献实例分别计算得到倾斜入射P波与S波作用下的位移时程,通过对比分析,验证该理论解法的正确性;应用此方法研究了地震动的幅值大小、持续时间、运动轨迹与地震波入射角的关系。研究表明,随着入射角的增大,P波作用引起的水平位移与S波作用引起的垂直位移通常会增大,地震动轨迹构成的轮廓面积也会随之增大,而地震动的持续时间总体减小。     

二维开口腔体填充多层各向异性介质TM波散射特性分析

应用区域分解法(DDM)结合有限元(FEM)和边界积分法(BIM)分析了填充多层各向异性介质二维开口腔体TM波散射特性.对腔体外区域采用边界积分法进行分析,将腔体内的每层介质作为一个子域用有限元法分析,各子域间通过传输条件进行耦合.作为算例,分别计算了腔体中填充各向同性和各向异性介质时的散射截面,数值结果表明了该方法的有效性.采用这种技术,大大地减少了对计算机内存的需求.     

一种求解动边界问题的有限单元-有限差分法

本文从二维动边界着手,将在动边界上应满足的能量平衡条件——非线性边界条件从数学模型中分离出来,然后用有限元法求解区域上的温度分布,用有限差分法求解大型的非线性方程组,减少了计算工作量,提出了求解动边界问题的有限元-有限差分法。用本文提出的方法分别给出了一维和二维动边界问题的数值结果,并与分析解或其它研究者的结果进行比较,验证了本文方法的可靠性和有效性。     

油藏热流固耦合渗流问题的有限元方法

提出了一种有效实用的求解油藏热流固耦合渗流问题的数值计算方法。该方法以有限元法为主,结合有限差分法,用有限元法求解耦合温度场方程和岩石耦合变形方程,用有限差分法求解流体耦合渗流方程,发挥有限元法网格技术和单元划分灵活的特点及处理复杂的油藏边界优势,兼顾了有限差分法在流场分析方面的成熟应用,使复杂的热流固耦合数学模型得以完整求解,取得了单由有限元法或有限差分法难以取得的效果,是一种新型的油藏数值模拟方法。     

A-?方法在高频电磁场计算中的应用

基于节点的有限元方法具有网格剖分、构造高阶基函数容易的优点。由于在节点上定义场量,节点有限元更适用于多物理问题。但节点有限元方法直接求解电磁场会出现伪解,场量在不均匀介质中不连续等问题。基于节点的A-φ方法可以有效避免传统节点有限元方法存在的问题。本文研究A-φ方法的工程应用,研究开域和闭域问题中如何设置关于矢势和标势函数的边界条件,特别是波导问题和理想导体球的散射问题,讨论了端口边界条件,辐射边界条件的使用方法。对于理想导体边界条件采用了阻抗边界条件,与端口条件配合,克服方程的奇异性。数值卖验比较分析了A-φ法节点有限元和棱边法有限元的计算结果,验证了A-φ法节点有限元的正确性和有效性。     

有限元与边界元耦合法在波浪力计算中的应用

利用有限元与边界元耦合法对三维无界区域中直立圆柱所受的波浪力进行计算,把整个求解区域分成内域和外域两部分,在内域采用有限元法,对外域采用边界元法计算,由加权余量法的理论知这种耦合在理论上是可行的,根据此耦合方法编制了完整的计算机程序,对海洋中直立圆柱的波浪力进行了分析.数值计算的结果与理论解吻合良好,表明该方法有效.     

应用DDM/FEM/BEM混合法计算各向异性介质柱电磁散射

应用重叠型区域分解法（DDM）结合有限元（FEM）和边界元法（BEM）计算二维各向异性介质柱电磁散射.对介质柱外的无限大区域采用边界元法分析,将介质柱所在区域分解为若干个重叠的子域,每个子域用有限元法分析,各子域间通过传输条件进行耦合.为了提高计算速度,引入了多波前法求解有限元方程,并用内观法结合多波前法解有限元和边界...     

频率域2.5维电磁测深有限元模拟中的吸收边界条件

针对频率域2.5维电磁测深问题,借鉴地震波模拟中吸收边界的处理方法,将波数域电磁场方程分解成两个传播方向相反的单程波方程,以沿边界外法向衰减的单程波方程作为该边界上的吸收边界条件.给出了全吸收边界条件的构造方法,并导出了15°吸收边界的具体形式.数值计算结果表明,该吸收边界条件使边界反射得到了有效压制,在相同的计算量下计算精度显著提高.     

静电场分析的比例边界有限元法

比例边界有限元法（SBFEM）是一种半解析数值分析的新方法,集合了有限元法和边界元法的优点,又具有独特的优点．在其辐射坐标上保持了解析性,因此其模拟精度较高,另外可以自动满足无限远的边界条件．从拉普拉斯方程出发,利用加权余量法并通过比例坐标和笛卡儿坐标变换,推导出静电场分析的比例边界有限元方程、电位求解公式以及电场求解公式．算例计算结果与解析解和其他数值方法比较结果表明,此方法具有精度高、计算工作量小的优点．     

有限元-边界元耦合法计算任意截面形状二维介质柱雷达散射截面

应用有限元 边界元耦合法计算任意截面形状二维介质柱的雷达散射截面.对介质柱内、外区域分别应用有限元和边界元法进行分析,然后通过场的连续性进行耦合,形成待求矩阵方程,最后应用内观法结合多波前法求解该方程.作为算例,分别计算了几种柱体的雷达散射截面.数值结果表明,由于使用了内观法结合多波前法解非对称稀疏矩阵,大大减少了计算时间.     

矢量波动方程的新瀑布型多重网格方法

矢量有限元因能有效地避免伪解而被广泛用于模拟分析电磁问题,选取矢量有限元对电磁场矢量波动方程进行离散计算.基于本征有限元外推技术,将有限元外推技术推广应用到矢量波动方程本征问题,并结合瀑布型多重网格方法提出了一种基于矢量场本征问题的外推瀑布型多重网格方法.算例说明新方法是一种具有高精度的有效方法.