三维FDTD中完全匹配层的应用

介绍了完全匹配层推广到三维情况，并且在ＦＤＴＤ方法中应用于完全匹配层吸收边界计算了自由空间中电偶极子辐射问题，得到了非常精确的结果。     

完全匹配层（PML）的研究

完全匹配层对时域有限差分法，有限元法等几种常用的数值方法是十分重要的。该文介绍了ＰＭＬ的基本原理，给出了利用法向波阻抗和切向波数匹配的概念求取ＰＭＬ参数的方法，这种方法概念清晰，推导容易。对几种ＰＭＬ不同的处理进行了比较，并介绍了这方面研究工作的最新进展，其中包括能有效吸收凋落波的ＰＭＬ，能与各向异性介质相匹配的ＰＭＬ。     

将推广的理想匹配层用于分析天线近场散射

讨论了应用于计算天线近场散射问题的推广的理想匹配层吸收边界条件的问题。所提出的方法在分析天线近场散射问题中取得了比较好的效果，数值计算的结果表明了该方法的有效性。     

完全匹配层吸收边界条件的研究

边界反射是数值模拟中的一个关键问题。构建完全匹配层(PML)吸收边界条件是消除边界反射的理想方法之一。此方法是在研究区域的边界上加入吸收层,使边界上传入吸收层的波随传播距离按指数规律衰减,不产生任何反射,达到消除边界反射的目的。首先给出了二维声波方程完全匹配层的公式,然后通过地面地震模型和井间地震模型数值算例与常规吸收边界条件进行了比较。结果表明,PML边界条件具有吸收更干净、相位对应关系好且能够吸收各种角度的边界反射等优点,从而验证了完全匹配层吸收效果的优越性。     

完全匹配层吸收边界条件的研究

边界反射是数值模拟中的一个关键问题.构建完全匹配层(PML)吸收边界条件是消除边界反射的理想方法之一.此方法是在研究区域的边界上加入吸收层,使边界上传入吸收层的波随传播距离按指数规律衰减,不产生任何反射,达到消除边界反射的目的.首先给出了二维声波方程完全匹配层的公式,然后通过地面地震模型和井间地震模型数值算例与常规吸收边界条件进行了比较.结果表明,PML边界条件具有吸收更干净、相位对应关系好且能够吸收各种角度的边界反射等优点,从而验证了完全匹配层吸收效果的优越性.     

高阶复合完全匹配层的应用研究

研究了应用于时域算法的一种高阶完全匹配层(Perfectly Matched Layer,PML)方法,并提出了一种复合PML研究方法。在高阶PML原理的基础上,给出了复合PML的研究思路,及其应用于显式时域有限差分方法的过程。采用高阶PML和复合PML计算了波导的反射系数,结果表明有限元计算的结果是准确而稳定的。对比计算结果,可以看出与普通PML相比,高阶PML和复合PML对隐失波和各个频段的传输波都能起到良好的吸收效果,为有限元算法的广泛应用奠定了良好的基础。     

一般各向异性介质中的改进完全匹配层（MPML）

该文提出了一种各向划性介质中改进完全匹配层（ＭＰＭＬ），导出了各向异性介质中的ＭＰＭＬ完全匹配条件，数值计算的结果证明了方法的有效工表明各向异性媒质中，ＭＰＭＬ吸上层在吸收凋落波方面比ＰＭＬ更有效。     

卷积完全匹配层截断三维金属圆柱波导的应用

讨论在直角坐标系下用卷积完全匹配层(CPML)截断圆柱波导开放边界的模型, 给出了CPML的构造参数. 计算了不同频率和模式激励源作用下CPML反射引起的相对误差, 数值结果表明, 最大相对误差都小于-70 dB, 能够满足模拟计算的要求.      

求解无界区域内电磁场方程的完全匹配层方

介绍了一些常用的完全匹配层方法, 利用各向异性材料中的电磁场方程建立了该方法的一个统一模型, 在考虑一般完全匹配层方程适定性问题时,不再需要逐一考虑每种完全匹配层方法, 而只需考察统一形式, 然后针对每种具体的变换加以说明.     

三维间断伽辽金玻尔兹曼方法的完全匹配层吸收边界条件研究

为解决计算气动声学数值模拟中远场边界反射问题,在三维间断伽辽金有限元玻尔兹曼方法框架下应用完全匹配层算法构造了吸收边界条件,并采用了两种不同的离散求解公式。利用三维高斯脉动源数值案例测试了两种公式的有效性和稳定性,发现仅有一种公式既能有效衰减反射波又具有良好的稳定性;接着研究了影响完全匹配层算法无反射性能的若干因素,其中无反射性能采用归一化误差范数来衡量。研究表明:衰减因子总是存在最优值,且最优值仅与吸收层的参数有关,而与高斯脉动源自身参数无关,故所定义的归一化误差范数具有一定的普适性;当衰减因子采用幂函数分布律时,幂指数取2时无反射性能更好,取4时无反射性能随衰减因子变化更平缓;吸收层厚度和区域半径越大,无反射性能越好,但相应的计算量也显著提高。研究工作可为构造更加实用有效的无反射边界条件提供参考。     

应用FDTD方法计算电磁散射问题——对FDTD中由输出边界外推远区散射场方法的探讨

根据作者在应用时域有限差分方法计算电磁散射问题的体在相位滞后法的基础上，对时域有限差分方法的近、远场外推步骤进行了简化处理。本文还对该处理方法的正确性进行了理论上的探讨，并通过计算结果与实验数据的比较来验证该方法的正确性。     

起伏地表有限元叠前逆时偏移完全匹配层

在地震波传播的数值模拟中,用有限区域代替求解无限区域地震波传播规律是一种有效手段。目前完全匹配层吸收边界条件是边界吸收最好的选择。通常正演模拟不考虑自由表面吸收条件,但在逆时偏移中,地表反射的存在会引起假的同相轴。推导了位移形式的有限元二阶声波方程的完全匹配层吸收边界条件公式,并应用于起伏地表声波方程有限元数值模拟与逆时偏移成像;通过数值分析并与传统的Clayton-Engquist吸收边界条件做了比较。计算结果表明,方法取得了理想的边界吸收效果,可以消除起伏地表反射引起的假同相轴。     

三维电磁辐射问题混合阶矢量基有限元完全匹配层方法的研究

提出了一种用于3-D电磁辐射特性分析的快速有限元方法。该方法将混合阶矢量基函数与有限元完全匹配层方法相结合,将场矢量分布稀疏的完全匹配层区域采用混合阶矢量基函数的低阶部分,将场矢量变化剧烈的天线体附近区域采用混合阶矢量基函数的高阶部分,从而在保证计算精度的前提下,实现大量减少单纯使用高阶矢量有限元完全匹配层方法的矩阵方程维数和计算时间,提高计算效率的目的。数值算例验证了该方法的正确性和有效性。     

有耗色散地质介质中电磁波传播特性的FDTD计算分析

介绍一种基于三维时域有限差分法(FDTD)的有耗色散地质介质中电磁波传播特性数值分析方法。通过将色散介质本构关系和场量关系直接变换为时域微分方程的方法,导出了适用于一般色散介质中电磁场分析的时域有限差分法计算公式,并将完全匹配层(PML)吸收边界融入了FDTD计算格式。通过计算分析了介质色散对电磁波场传播的影响,观测到介质色散会导致电磁脉冲在传播中波形展宽、位相滞后、幅度减小。因此,电磁探测数据的处理解释应将介质的色散影响纳入考虑。     

三维电磁辐射问题混合阶矢量基有限元完全匹配层方法的研究

提出了一种用于3-D电磁辐射特性分析的快速有限元方法。该方法将混合阶矢量基函数与有限元完全匹配层方法相结合,将场矢量分布稀疏的完全匹配层区域采用混合阶矢量基函数的低阶部分,将场矢量变化剧烈的天线体附近区域采用混合阶矢量基函数的高阶部分,从而在保证计算精度的前提下,实现大量减少单纯使用高阶矢量有限元完全匹配层方法的矩阵方程维数和计算时间,提高计算效率的目的。数值算例验证了该方法的正确性和有效性。     

共轭梯度法应用于解电磁场的散射和辐射问题

本文将共轭梯度法(CGM)应用于电大尺度(几个波长以))的散射和辐射问题的矩量法中.在二维、TM 情况下,对于用列表法有效地实现节约内贮作了比较详细的讨论;通过多个典型例子加以说明,并和传统方法进行了比较,归纳出应用CGM 的长处和存在的问题.在此基础上,将CGM 应用于解决散射体内部谐振对外影响的边界扩展中,并通过实例加以说明.     

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.     

三维非均匀电大目标散射的有限元撕接区域分解法计算

针对非均匀电大目标的散射问题,将有限元撕接区域分解方法(finite element tearing and interconnecting,FETI)应用于非均匀电大目标散射的精确计算模型.该计算模型以各向异性完全匹配吸收层作为吸收边界.数值实验表明,该计算模型比一般吸收边界条件模型精度高.更为重要的是,虽然该模型由于使用各向异性完全匹配吸收层导致计算效率略有降低,但降低十分有限,有限元撕接区域分解方法对于电大尺寸目标的该模型仍然具有很高的计算效率.结果表明,有限元撕接区域分解方法是计算非均匀电大目标散射的一种有效方法.     

一维等离子体非分裂场PML吸收边界条件研究

研究了一维截断磁化等离子体介质新型完全匹配层(NPML)吸收边界条件(ABC),根据磁化等离子体电磁散射理论公式,对麦克斯韦偏微分方程中对空间偏导的变量进行坐标拉伸,由于变量Jx和Jy在数学表述形式上不存在对空间的偏导,因此不需要对它们进行坐标变换,即Jx和Jy在等离子体和NPML中具有相同的表达式,计算及仿真结果表明:该吸收边界只把对空间偏导的变量进行坐标拉伸,操作简单,避免了PML方法在截断普通介质时采用的复杂的场分裂形式,同时比单轴各向异性完全匹配层(UPML)吸收边界截断磁化等离子体介质更加简单,编程复杂度大大降低.通过对一维算例进行仿真分析,计算结果与解析解相符,证实了该算法的有效性.