伪谱法模拟各向异性/非均匀介质中弹性波的传播

数值模拟一直是研究弹性波在复杂介质中传播问题的有效手段之一。各向异性问题和非均匀问题日益引起关注。伪谱法是近年来发展较快、建立在弹性波动方程基础上的一种数值模拟方法。它的主要特征是将波动方程中的空间微分变换成频域中的乘法运算 ,从而只需要较少的空间格点就可以得到较高的计算精度。介绍了伪谱法及其稳定性条件 ;编制了一个适合于小型工作站或者PC机的模拟地震波在二维各向异性均匀 /非均匀介质中传播的数值模拟程序 ,模拟了各向异性 /非均匀介质中弹性波传播理论 ,分析了裂纹以及各向异性界面对波传播的影响     

二维垂向梯度非均匀介质中弹性波传播特性

研究了二维弹性波在宏观非均匀介质中传播的问题。由于介质物理性质的非均匀性,弹性波在该介质中的传播需用包含介质物理性质的空间导数的非均匀介质波动方程来描述。采用有限元法求解波动方程,重点研究和讨论了物理性质垂向梯度渐变的非均匀介质中弹性波的传播特点。结果显示:波速在垂向上的对称的递增或递减引起平面弹性波的会聚或发散;若波速在垂向上满足双曲余割分布,则弹性波可以在对称轴上周期性聚焦。     

凝灰岩介质中爆破地震波传播的数值模拟研究

在核电站附近实施爆破开挖的一个重要问题就是控制爆破地震波的危害影响。研究爆破地震波在岩石中传播的规律和特征可为确定爆破方法和参数提供依据。本文在实测研究的基础上建立了数值计算模型,编制了有限元计算程序,对深孔爆破在凝灰岩介质中引起的地震波传播过程进行了数值模拟。计算中仅考虑弹性区域,爆破波对岩石介质的作用经粉碎区、破裂区衰减后成为输入荷载。计算结果与实测结果基本相符。说明该模型及方法可用于计算凝在     

二维随机裂纹介质模型

利用随机过程的谱展开理论及Hudson的裂纹介质模型构造一种裂纹数密度具有空间统计分布的随机介质模型的理论。利用Hudson理论的裂纹的微观参数(裂纹数密度)与裂纹介质的宏观性质(弹性常数)相联系的特点,模拟了二维指数型椭圆型随机介质。结果表明模型将裂纹的微观参数与裂纹介质的宏观性质直接联系起来,并且裂纹数密度对随机裂纹介质的各个弹性常数有不同程度的影响。     

浅海舰船地震波场仿真中的边界处理

为解决舰船地震波场数值仿真中的边界反射问题,结合浅海传播环境特征和舰船地震波激发机理,提出边界处理算法。采用交错网格有限差分法对一阶速度-应力方程进行数值离散;采用应力镜像法处理海水和空气的自由表面,采用分裂式完全匹配层法处理区域边界;将该模型应用于平行海底近场、远场以及倾斜海底的波场仿真算例中。仿真结果表明:加入边界处理后,自由表面的吸收和区域边界的反射有效减少,波场特征清晰,该算法符合浅海舰船地震波场数值仿真的边界处理要求。     

基于两种海底介质的地震波传播特性研究

为了解不同海底介质下浅海海底地震波的传播机理,首先从理论上分析了海底地震波的存在条件及其波动成分;然后求解了海底地震波的质点位移分布和运动轨迹。结果表明:硬质海底条件下,海底地震波的波动成分有Scholte波和简正波,具有频散现象,同时存在低频截止现象,并且Scholte波的截止频率比简正波低;软质海底条件下,海底地震波的波动成分只有Scholte波;两种海底条件下海底地震波的振动质点都沿椭圆轨道运动。     

基于粘弹性人工边界的点声源海底地震波ANSYS分析方法

航行舰船在海底岩土层中引起的弹性波被称为舰船地震波,该波主要由舰船低频辐射噪声引起,可用于识别舰船目标.采用大型有限元软件ANSYS中的流固耦合计算模块,结合粘弹性人工边界条件,对水平分层海洋环境下低频点声源海底地震波进行了数值计算.数值计算结果与波数积分方法结果的比较表明:两种方法相应的声传播损失曲线和频率特性曲线变化规律基本一致,海底表面竖直位移、水平位移、竖直加速度和水平加速度的频率特性曲线吻合较好,说明大型有限元软件ANSYS中的流固耦合模块可用于低频点声源海底地震波问题的数值计算.     

域内分区情况下弹性接触问题的边界元法

提出了一个在多种介质情况下考虑常见体力的弹性接触问题情形时形成其系统方程的方法。在物体具有多种介质时 ,用边界元法求解时必须将其区域分开 ,而此时形成的方程具有稀疏的性质。文章对此利用凝聚的思想 ,采用事先消元的方法 ,得到一个求解速度较快、仅限于可能接触区的接触系统方程     

圆柱壳体内 X 射线热击波的二维力学计算

依据二维流体弹塑性模型及二维断裂处理方法,研究Ｘ射线热击波在圆柱壳体内的传播规律。计算结果揭示了圆柱壳体内热击波的一些二维效应。     

二维浅海波导中声场边界处理的谱无限元方法

针对传统无限元法在截断声场边界上计算精度低的问题,提出了一种基于GR (Gauss-Radau)插值的谱无限元法,以高精度处理无限远边界对声场计算的影响。首先,采用映射函数构建从自然坐标系到笛卡尔坐标系的节点转换函数,获得两种坐标系之间的映射雅克比矩阵;然后,利用基于GR插值的形函数,模拟单元节点的声压,结合映射雅克比矩阵,对二维声场波动方程进行变分处理,推导了无限单元对应的积分表达式,用于模拟实际浅海波导环境下无限远处的声传播。与基于镜像法的解析解和传统无限元法结果的对比表明：所提方法结果与解析解一致性高,相对误差约为1%,验证了该方法的有效性和准确性。     

势流理论的一种数值方法在空泡形态中的应用

基于势流理论的假设,采取常规边界元法对具有自由面的定常平板和轴对称空泡流动数值方法进行了研究,运用Riabourichinsky镜像空化模型,建立了一种空泡自由面求解的优化迭代方法,以自由流线长度为参数求解模拟了定常无重工况下流经二维平板和轴对称圆盘的空化流动.数值计算结果与解析解的相对误差不超过3%,证实了轴对称体空泡外形的近似回转椭球体假说在空化器附近是不成立的.计算结果与同类文献数据的对比显示了边界元法进行空化流场计算具有着显著的优越性,所采用的迭代方法精度高、收敛速度快,所得结论对深入了解空化特性具有参考价值.     

一类非线性问题的数值分析

利用Ｌａｐｌａｃｅ方程的基本解,将变系数非齐次Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ偏微分方程的边值问题化为积分方程问题。再用边界无法进行离散,并对区域结点及边界结点的方程耦合求解。文末算例表明本文方法能够达到较高精度。     

二维损耗和色散介质光子晶体传输特性的研究

将传输矩阵法(TMM)用于光子晶体传输特性的研究,采用Mur近似吸收边界和周期边界来截断计算区域,计算了以TM模正入射时,二维方格子光子晶体在完整周期结构下的透过率谱;在微波波段制作了光子晶体模型,并设计了实验装置,实验与数值模拟计算结果相符合;另外还研究了有损介质光子晶体、色散和吸收介质光子晶体的传输特性,及其对光子禁带的影响。     

驻波—行波边界条件在PSTD算法中的实现

将时域伪谱法(PSTD)的边界条件PML用驻波-行波边界条件来代替.该条件在边界处附加理想电(磁)壁对计算区域进行截断,将由此产生的反射场去除,从而减少反射场所产生的干扰,在有限的空间内有效地模拟出无限大的电磁散射空间.给出了该边界条件下的二维PSTD迭代格式,并将其数值结果与运用PML边界条件的PSTD的结果进行比较,计算结果表明这种结合形成的新方法节约了内存,提高了计算速度,具有良好的可行性.     

预处理方法求解低马赫数流场的边界条件

通过求解预处理后的二维可压缩Euler方程 ,数值试验了常见的三种进口边界条件的提法及其对稳定性和收敛性的影响。数值试验结果表明 ,预处理后 ,在低马赫数时基于黎曼不变量的边界条件为反射边界条件 ,而另两种边界条件为无反射边界条件     

低频域结构噪声问题数值解法

对形体不规则的物体 ,数值计算其结构噪声问题是获得解答的直接办法 .文中综述了结构噪声问题数值解法的基本思路 .首先介绍了数值求解的两个基本方法 :有限元法和边界元法的基本数学原理、操作方法及各自的局限性 ;其后描述了结构噪声耦合问题的数值计算公式的构造及运用不同数值方法构造求解公式的特点 ;针对边界元法构造的公式分析特征值问题的不足 ,给出了几种边界元法结构噪声特征值分析的方法 .文章结尾 ,提出了目前商业有限元软件分析噪声问题的不足及改进方向     

两道同侧扫掠激波作用下形成的三维平板边界层

为探索一种减弱扫掠激波/边界层干扰强度的侧压方式,采用数值计算方法研究两道同侧扫掠激波作用下形成的三维平板边界层。对三维边界层的流动机理进行研究,并与相同气流偏转角的一道扫掠激波作用下形成的三维边界层进行定量比较。研究表明,存在两道同侧扫掠激波时,第一道扫掠激波使侧壁附近边界层变薄,进而使第二道扫掠激波与再附形成的边界层的相互作用减弱,从而总的效果是两道扫掠激波与边界层的相互作用强度比一道扫掠激波的弱;两道扫掠激波的气流总偏转角与一道扫掠激波的相同,相交后汇聚成的激波强度与一道扫掠激波的基本相同,之前被两道扫掠激波"扫"起来的边界层在汇聚激波作用下还呈现锥形流动,分离线和来流的夹角也与一道扫掠激波的基本相同。     

FDTD 中微带线激励源分析

FDTD已广泛应用于微带问题的计算 ,本文在分析各种微带线馈电激励设置方式的基础上提出了一种新的激励设置方式 ,本方法不仅能计算Gaussian脉冲激励 ,也能计算正弦波激励。计算过程中 ,源平面无需切换成吸收边界。由于场区的划分使反射场自然从总场区分离出来。     

二维FDTD分析土壤及地下管道的时域散射场

首先应用FDTD在二维空间内计算了土壤的时域散射场,并与理论公式进行比较,在一定精度下,二者吻合得较好。进一步用GPML吸收边界模拟探测地下管道,并给出了不同深度、不同直径的管道散射的数值结果。     

有限水深Kelvin源格林函数的传播特性及其应用

为探究有限水深环境下自由面兴波在远场的传播特性,应用线性水动力学的基本理论,从有限水深Kelvin源格林函数的积分表达式中提取相函数,采用同相分析法求得亚临界和超临界速度区下远场传播波系的等相线。结果表明,水深傅汝德数Fh1时远场传播波包括横波和散波两个波系,F_h1时远场波系仅由散波构成,点源兴波的影响范围可由Kelvin角的大小确定,当F_h趋近于1时Kelvin角迅速增大至90°。依据船型要素、两船相对位置和池壁几何参数,并计及船模的定常兴波经池壁反射作用后对自身和另一船模的干扰,提出了有限水深条件下并行航行两船模池壁效应的判别方法,并结合实例检查分析了某试验工况下的池壁效应。