基于时域有限元方法,为增材制造技术中常涉及的声波—弹性波耦合问题构建理论框架。在三维直角坐标系下引入流体介质所满足的关于压力场的时域声波方程和固体介质所满足的关于位移场的时域弹性波方程。将时域波动方程转换到频域进行复坐标系拉伸,再对拉伸后的频域波动方程进行波场分裂。复拉伸因子是表征声波/弹性波衰减的物理量,在声波方程/弹性波方程中体现为近乎于复介声常数/复介弹常数的反映特性,与介声常数/介弹常数、声导率...
作者:胡灵娟; 唐新功; 潘秋瑾; 邵佳园; 孙游雪 期刊:《能源与环保》 2018年第04期
采用时域有限差分法(Finite-Difference Time Domain,FDTD)计算电磁场问题时需要设置适当的吸收边界条件(Absorbing Boundary Condition,ABC),从而将无限空间转化为有限空间来模拟电磁波的传播情况及其规律。讨论了单轴各向异性完全匹配层(Uniaxial Perfectly Matched Layer,UPML)吸收边界条件下的三维时域有限差分法,介绍了一般FDTD的基本原理,推导了基于UPML的三维FDTD的迭代公式,采用FDTD-UPML对电磁波在三维空间的传播情况进行...
作者:隋竞函; 刘财 期刊:《世界地质》 2018年第04期
基于一阶速度-应力波动方程,采用高阶交错网格有限差分数值模拟方法,对弹性及黏弹性TTI介质进行正演数值模拟。模拟时采用完全匹配层吸收边界条件(PML)消除边界反射。同时设计了层状介质模型、断层模型,通过模型的正演计算,得到了不同时刻的地震波波场快照及合成地震记录,分析其波场运动学及动力学特征。模拟结果表明,交错网格有限差分法可以很好地完成对复杂介质的波场模拟,具有较高的精度和可靠性。
作者:张骅; 曾渊; 许家栋 期刊:《西北工业大学学报》 2005年第06期
给出了一种混合使用有限元和圆柱完全匹配层计算旋转对称目标散射的有限元算法.使用矢量棱边基函数表示横向场分量,用标量节点基函数表示角度场分量.矢量基函数的使用消除了伪解问题,圆柱坐标完全匹配层(PML)的使用缩减了有限元网格,从而避免了无用的计算.这种方法能够处理大型的实际雷达目标,对于标准目标的计算结果符合得很好.
卷积完全匹配层(CPML)虽能有效吸收各个方向入射的地震波,但其卷积算子在时间域的处理相对复杂。相较于CPML基于匹配Z变换完全匹配层(MZT-PML)能更直接地实现复频移拉伸算子。详细推导了MZT-PML在Biot方程中实现复频移拉伸算子的一般过程,并采用时域交错网格有限差分法进行离散求解,得到了更简单的复频移拉伸算子的实现算法。数值模拟结果表明,MZT-PML可有效吸收固相和流相各分量产生的虚假反射,消除大角度入射波边界反射效果甚佳...
作者:马锐; 邹志辉; 芮拥军; 贾东顺 期刊:《石油物探》 2018年第01期
弹性波数值模拟中分裂格式的完全匹配层吸收边界(SPML)难以吸收与边界接行传播的地震波,并会产生数值噪声,降低了地震波模拟的精度。针对此问题,提出了复合吸收边界条件,将SPML边界条件与海绵吸收边界条件组合成边界的内外层,实现了对与边界接行传播地震波的有效吸收。针对数值噪声沿边界传播的特点,对复合边界中的海绵边界吸收系数进行了改进,提高了海绵边界对平行于边界方向传播的地震波的衰减能力,进一步提高了对入射至边界处地...
作者:刘亚文; 陈亦望; 陈彬; 张品; 徐鑫 期刊:《电波科学学报》 2014年第05期
建立了侧壁拱顶形坑道模型,该模型可根据实际需要在0~π/2范围内选择坑道的弧度.将坑道看成有耗波导,采用TE10模和TM11模进行强迫激励,在此基础上比较了完全匹配层(Perfect Matched Layer,PML)、各向异性完全匹配层(Uniaxial PML,UPML)和卷积完全匹配层(Convolutional PML,CPML)三种在坑道计算模型中常用的吸收边界条件各方面的性能.数值结果表明:CPML边界条件可以有效吸收低频凋落模,克服了PML和UPML用于长时间计算造成的晚时反射,...
作者:张云霞; 缪旻; 胡变香; 韩波; 李振松 期刊:《电子技术应用》 2019年第03期
为了完成三维集成转接板互连结构中电磁场分布的建模与数值计算,采用时域有限差分法(Finite DifferenceTime Domain, FDTD)仿真二维横电波(Transverse Electric, TE)的传播,观察在添加Mur吸收边界条件和完全匹配层(Perfectly Matched Layer, PML)吸收边界条件时边界处磁场的变化,绘制误差曲线与等相位线来检验这两种边界条件的吸收性能。结果表明,将PML边界条件作为二维TE波的吸收边界可以确保仿真结果更符合工程实际。
作者:尤双双; 李孝坤 期刊:《中国锰业》 2018年第06期
自首次提出时域有限差分法以来,其应用价值备受关注。FDTD法的核心问题是边界条件的设置。采用完全匹配层作为FDTD法的吸收边界条件,首先简介了一般Maxwell方程及FDTD法的基本原理,然后详细推导了二维TM波在PML条件下的麦克斯韦方程组,最后利用Matlab软件对高斯脉冲波在一维情况下的PML进行正演模拟以及二维TM波在PML吸收层中的传播情况进行正演模拟。结果表明:模型中所设置的PML吸收边界条件对边界处的电磁波吸收效果比较好。
作者:罗玉钦; 刘财 期刊:《石油地球物理勘探》 2018年第05期
完全匹配层边界条件存在两个问题,一是如何减少实际应用带来的额外存储量以及提升计算速度,另一个是如何提升匹配层的吸收效果。对于第一个问题发展了多种非分裂形式,本文采用一种直接对波场进行变换的新型非分裂方法,相比卷积完全匹配层具有不改变方程的形式以及易于实现等优势。对于如何进一步提升完全匹配层吸收效果,没有太大的进展。这是因为离散差异使匹配层的吸收问题更为复杂,一般采取增加匹配层层数的措施缩小离散差,但是...
作者:王洪华; 吕玉增; 王敏玲; 龚俊波; 张智 期刊:《地球物理学报》 2019年第05期
完全匹配层(PML)作为一种稳定高效的吸收边界条件,广泛应用于基于一阶电磁波动方程的探地雷达(GPR)数值模拟中.为解决基于二阶电磁波动方程的GPR数值模拟的吸收边界问题,本文借鉴二阶弹性波动方程的PML边界条件构建思想,提出了一种适合二阶电磁波动方程GPR时域有限元模拟的PML边界条件.从二阶电磁波动方程出发,基于复拉伸坐标变换,推导了PML算法的频域表达式;通过合理构造辅助微分方程,得到了PML算法的时域表达式,并以变分形式(弱...
作者:李黎; 李永东; 刘纯亮 期刊:《真空电子技术》 2004年第03期
完全匹配层是目前电磁场数值计算中比较理想的吸收边界,它对任意频率、任意入射角的电磁波的理论反射系数都为零.但由于数值离散的原因,完全匹配层边界仍然会产生一定的数值反射.本文通过理论分析,发现真空-PML和PMLPML交界面两边电导率的突变所引起的电场磁场衰减指数的突变是数值反射产生的根源.数值模拟结果表明,通过调整交界面上介电常数和电导率的取值可以有效地降低数值反射.
作者:刘波; 高本庆; 金林 期刊:《微波学报》 2005年第03期
基于FDTD法中场量D-H(电位移矢量-磁场强度)迭代公式,导出了适用于ADI-FDTD法的场量非分裂式完全匹配层(PML)的实现方案,与现有的其它ADI-FDTD法的PML技术相比,具有物理概念清晰、易于操作并节省计算机资源的优点.数值结果证明:该PML技术能有效地解决吸收边界的问题,为ADI-FDTD法的发展与推广应用提供了条件.
作者:徐耀忠; 杨鸿生; 王惠燕 期刊:《微波学报》 2004年第03期
采用矢量基函数的有限元方法,在开放边界处采用完全匹配层(PML)截断无限区域.分析了在圆形槽波导不同位置加载平板状介质时的模式特点.分析表明介质加载时圆形槽波导的模式次序要发生变化,为设计圆形槽波导微波化学反应器提供了依据.
作者:陈霖; 刘其中; 纪奕才 期刊:《西安电子科技大学学报》 2004年第05期
利用坐标拉伸方法,将复坐标系统中矩阵形式的Maxwell方程映射到实坐标系统中,由坐标系的拉梅系数得到了广义正交坐标系下各向异性完全匹配层吸收边界条件.数值结果表明了该吸收边界的有效性.
作者:陈中师; 王河林; 隋成华; 魏高尧 期刊:《光子学报》 2014年第S1期
利用频域有限差分法,应用各项异性完全匹配层,设计了不同结构的含CdS量子点薄膜的光子晶体光纤,通过求解麦克斯韦方程得到了相应的波导模本征方程,进而得到一个复数形式的传播常数和波导模有效折射率,并在此基础上分析了所设计光纤的色散及损耗特性.分析结果表明,含CdS量子点薄膜结构光子晶体光纤存在基模;增大孔间距和增大量子点薄膜厚度,零色散波长与最小损耗波长均发生红移;选择较小孔间距、较薄量子点薄膜结构和合适的光波长,...
采用时域有限差分法对光子晶体光纤导模的传输特性进行数值分析,通过该法可得到任意横向结构光子晶体光纤的色散特性和双折射特性。为提高精度,在计算中应用了各向异性完全匹配层作为吸收边界条件。光子晶体光纤的传输特性完全由其横向结构决定。用时域有限差分法对一类对称结构和两类非对称结构光子晶体光纤进行了数值分析,计算结果表明经合理设计的非对称结构光子晶体光纤中可存在较高的双折射(其双折射可达0.07)。表明时域...
作者:李怀良; 庹先国; 蒋鑫 期刊:《科学技术与工程》 2017年第23期
针对复杂山地开展多波地震勘探时,合理的观测系统设计是获取有效资料的关键因素,如何利用数值模拟方法建立更为准确的观测模型,也成为亟待解决的问题。模拟过程中首先采用中心差商逼近波动方程中的偏导数,建立多波(纵波和转换波)波动方程的显式差分格式。其次,以SPML(分裂式完全匹配)方法和NPML(非分裂式完全匹配)方法为基础,设计一种高效的PML改进算法来消除起伏地表的边界影响。最后,以Marmousi模型为基础建立复杂山地地形...
作者:程壮; 秦良; 张士宽 期刊:《勘察科学技术》 2017年第03期
该文针对矿井不良地质异常体的反射波超前探测问题,建立了典型矿井介质模型,通过对一阶速度-应力方程进行时间2阶、空间4阶有限差分求解,得到了高阶交错网格有限差分格式,推导了完全匹配层和自由边界方程,并对稳定性条件进行了分析,实现了矿井介质模型的高阶交错网格有限差分数值模拟。结果表明:高阶交错网格有限差分数值模拟,能清晰描述矿井介质模型中弹性波传播规律,能为矿井反射波超前探测数据处理与解释提供理论依据。
作者:王欢 期刊:《地下空间与工程学报》 2016年第S2期
弹性波全波形反演方法是岩土工程领域中一种较新的无损检测手段,它综合运用响应波场的振幅、旅时、相位和频谱特种等波形信息,通过一定的数学反演方法,获取目标介质的物理力学参数,具有对介质模型精确刻画的潜力。将时域有限差分法结合完全匹配层吸收边界条件技术实现对弹性波波动方程数值模拟求解。然后将拟线性最优化法与随机搜索法相结合,发展了一种稳定、高效且适用于尺度较小(0.1~10 m)的时间域弹性波全波形反演方法,具有对初...