标量磁位积分方程法计算舰艇三维静磁场

掌握舰艇磁场分布规律是实施舰艇磁防护技术的重要前提,采用积分方程法计算舰艇三维静磁场是有效手段之一。积分方程法通常建立以剖分单元内磁化强度或者磁感应强度为待求量的方程组,基于所求得的源区值获得整个场域的解。若想进一步提高磁场计算精度,需要增加网格密度,代价则是计算机的内存需求和计算量急剧增加。针对这一问题,采用一种以标量磁位为待求量的积分方程。将铁磁源区划分为四面体单元,根据变分原理将未知函数分片展开,按照单元和节点的相对位置关系寻找奇异积分,采用参数替换的方法转化为非奇异积分。球体解析模型表明:使用标量磁位进行建模仅需将源区离散为粗糙的网格单元即可得到高精度的磁场计算结果;网格加密后,标量建模方法在保持计算精度的同时,内存需求和CPU执行时间大幅小于矢量建模方法。开展了三维舰船磁场的虚拟验证实验,对于大型船体等需要精细划分网格的铁磁物体,标量磁位积分方程法计算得到的磁场与有限元商业软件的计算结果吻合较好,并且与矢量建模方法相比更加高效和节约内存。

手性介质中斜入射电磁波散射问题的积分方程法

考虑均匀手性介质中无限长阻抗柱体斜入射电磁散射问题。在某些假设下,该散射问题可以表示为电场和磁场z分量的具有广义斜导数边界条件的二阶椭圆方程组。通过场量分解部分解耦以及位势理论,将该散射问题转化为两个积分方程组。与电磁波垂直入射情形不同,该积分方程组不是通常的第二类Fredholm算子方程形式,因为该方程组中含有单层势的切向导数。说明了该算子是指标为0的Fredholm算子。利用Fredholm理论,证明了边界积分方程解的存在唯一性,并给出了一种求解该积分方程的数值方法。

大规模三维频率域电磁积分方程法数值模拟

地电磁学频率域电磁法在地球深部结构探测、油气勘查、环境与工程勘探等领域有着广泛的应用,其数值模拟的精度、速度直接影响资料解释结果。然而,当前频率域电磁三维数值模拟存在着求解精度差、计算时间长、计算规模受限等问题。采用积分方程法和直接解法提高求解精度,采用多层级多粒度混合并行、分布式存储等技术,大幅减少计算时间,扩大计算规模。实现了一种频点间并行、阻抗矩阵并行填充、方程组并行直接求解的快速、高精度、高可扩展性的频率域电磁三维数值模拟。首先,详细介绍了积分方程法理论和并行实现方案。然后,选取典型案例,通过与前人计算结果进行对比验证了程序的正确性。最后,针对1个16频点、16×12495个未知量、861个观测点的大规模算例进行了可扩展性测试,相比于1个节点32个进程,当计算规模达到256个节点8 192个进程时,加速比为69.69,并行效率为27.22%。此大规模并行算法适用于大地电磁和可控源音频大地电磁积分方程法。

弹性半空间SH波散射快速边界积分方程法求解

边界积分方程法对于半无限空间中地震波散射求解具有独特优势,但求解矩阵的非对称稠密特征极大限制了该方法在高频与多体散射中的应用。为此,基于单层位势理论,结合快速多极子展开技术,通过对二维SH波势函数的多极展开,建立一种新的快速多极间接边界积分方程法,以实现弹性半空间中高自由度地震波散射的精确高效模拟。算例分析表明所提方法能够大幅度降低计算时间和存储量,可在目前普通计算机上快速实现上百万自由度SH波二维散射问题的精确求解。方法可进一步拓展到P,SV波的散射分析。

用积分方程法研究源与勘探区之间的三维体对CSAMT观测曲线的影响

在可控源音频大地电磁法野外作业中,源和勘探区间的距离可达几公里,为了了解源和勘探区间的异常体对勘探区内异常响应的影响,我们用三维压缩积分方程法做了数值模拟研究.首先对勘探区目标体进行了数值模拟,发现在高频时,观测到的异常中心位于目标体的正上方,随着频率降低,出现异常中心向远离源的方向略有移动的现象,所以对三维异常体最好用3D软件来解释.然后,对源和勘探区间存在三维异常体的情况进行了数值模拟与分析讨论.模拟结果表明只有当三维异常体达到较大的规模时,才会对目标体上方的观测曲线造成影响,否则其电阻率的变化及埋深的变化对观测曲线的影响较小,可以忽略.当异常体在源方向有延伸时,观测曲线受到的干扰最大,沿垂直源布设的方向延伸时引起的干扰中等,垂直地面向下延伸引起的干扰最小.

载体感应磁场的改进积分方程法

针对几何结构复杂的载体感应磁场计算问题,提出采用面单元和体单元分别对铁磁物体薄壳体结构、非薄壳体结构剖分,并实现了感应磁场的积分方程法计算。球-球体模型解析算例表明,所提方法数值精度可靠,其平均相对误差不超过0.27%;船舶模型仿真算例表明,该方法在单元量规模较小时计算精度较好,体现了方法在载体感应磁场建模方面的优势。将该方法分别应用于潜艇主舱段-设备模型和潜艇主舱段模型磁场计算时,数值结果与实验结果平均相对误差均小于2%,数值和实验结果比较表明,铁磁设备对模型磁场影响显著。仿真和实验算例均表明所提方法可有效应用于载体的感应磁场计算,具有一定的工程实用价值。

积分方程法计算舰船感应磁场

积分方程法是取得舰船感应磁场的有效方法 ,且简便易行 .以某型舰船为算例 ,介绍了积分方程法在舰船感应磁场计算中的应用 ,给出了剖分方法 .算例结果与工程实际测量结果相吻合 ,可应用于工程实际 .

利用积分方程法的各向异性地层频率测深三维模拟

应用一种新的积分方程算法对各向异性地层频率域电磁测深三维问题进行正演模拟.利用范数小于或等于1的修正Green算子得到各向异性地层中的新积分方程,由于满足压缩映射条件,该积分方程在任意参数条件下总是迭代收敛的.提出一种应用迭代法求解新积分方程的迭代初值优化选择方法,并通过具体算例对比说明该方法可使频率域电磁测深三维模拟的计算效率得到有效提高.最后应用所述算法对层状各向异性大地轴向频率测深视电阻率响应进行三维数值模拟,考察分析地层的各向异性对视电阻率响应特征的影响,得到一些重要结论.

潜艇感应磁场的三维积分方程法数值计算研究

论述了应用积分方程法计算潜艇感应磁场的数值方法 ,采用底面为部分圆环的柱体剖分单元 ,推导了耦合系数的计算公式 .编制了数值计算程序 ,对潜艇船模进行了计算 ,取得了较好的计算结果 .

矿井全空间孔中瞬变电磁响应积分方程法数值模拟研究

基于地面-钻孔瞬变电磁法,将发射源布设于煤矿巷道中,而将接收探头放置在钻孔内,从上至下依次观测,形成矿井巷道-钻孔瞬变电磁法.为了研究巷道全空间条件下巷道-钻孔瞬变电磁场的响应特征,选取煤层底板受水害威胁的代表性地层为研究对象,建立煤层底板存在含水低阻地质异常体的三维数学模型,采用积分方程法进行数值模拟,结果表明:相对高阻的煤层侧帮对孔内垂向感应电动势的影响较小,而对孔内水平感应电动势除浅部约30m内影响相对较大外,对深部影响较小.当煤层底板含水平低阻板状异常体时,在对异常体的纵向分辨率和异常响应的延续时间方面,孔内感应电动势的水平分量相对优于垂向分量,但垂向感应电动势的幅值强于水平感应电动势.因此,实际观测时,不仅要观测孔内感应电动势的垂向分量,也要观测水平分量.

非连续群桩屏障对平面P、SV波的隔离效应:二维宽频带间接边界积分方程法模拟

采用一种高精度的间接边界积分方程法(IBIEM),对二维非连续群桩屏障对平面P、SV波的隔振效果进行宽频带计算分析。该方法基于单层位势理论,通过在非连续屏障交界面附近引入虚拟波源,分别用以构造散射体内、外散射场,继而由边界条件建立方程并求解得到虚拟波源密度,外部的总波场可由散射场和自由场叠加而得到。精度检验表明,该方法能够精确高效地求解任意排桩的宽频隔振问题。进而以圆柱实心桩为例,通过定量化频谱分析,揭示了P、SV波入射时排桩对不同频段弹性波的隔振差别,探讨了不同波速比、桩间距、桩排数对隔振效果的影响规律,研究结果表明:(1)隔振效果存在最优无量纲频段,宜优化设计桩径和桩间距以达到最佳效果;(2)场地土愈软,隔振效果愈佳。相比P波,SV波对于桩间距更为敏感;(3)低频波宜采用多排桩,但对高频波,采用三排以上的桩屏障对隔振效果的提升则不再显著。

三维电磁响应积分方程法数值模拟

从电磁基本理论出发，深入研究了均匀导电半空间频域三维电磁散射问题，由张量格林函数求解Ｆｒｅｄｈｏｌｍ方程，将异常体划分为一系列立方单元，并将该积分方程转化为矩阵方程，从而计算出空间任意点的电场和磁场；此外，还给出了计算实例，并与国外结果进行分析对比，证明作者运用的计算方法结果正确，算法快速．

基于边界积分方程法的圆弧齿轮强度分析

提出用边界积分方程法 (boundaryintegralequationmethod ,BIEM )进行圆弧齿轮强度分析的设计方法。在研究中依据弹性理论的柯西型积分 ,建立适合于各种载荷作用轮齿不同位置的齿轮强度分析数学模型。在理论方程式建模中采用间接式边界积分方程法 ,以应力函数作为解析对象 ,直接求解齿轮应力、轮齿刚度变形等。文中方法具有理论公式推导简捷、软件设计容易、使用方便的优点。本研究还进行了软件设计和实例应用解析 。

样条积分方程法求解非线性磁场问题

在积分方程法的基础上，引入样条插值技术，提出了一种新的求解三维非线性磁场问题的数值方法——样条积分方程法．应用该方法采用国际ＴＥＡＭＷｏｒｋｓｈｏｐ第２１基准问题进行核算并对铝电解槽模型内的磁场分布进行了计算分析．结果表明：样条积分方程法在减少计算资源。

非对称单脊波导的积分方程法分析

基于积分方程法的分析途径，本文提出计算任意截面柱形金属波导中主模和高次模的特征值和特征向量的数值方法。本文运用此方法对非对称单脊波导进行了深入的理论和实验研究，给出了该种波导的本征值、电中心线偏移量、壁电流分布、带宽特性、损耗和功率容量等的理论计算结果，这些结果对非对称单脊彼导共线裂缝阵天线单元设计有较高的实用价值。

积分方程法三维模拟井地电法并行算法研究

在积分方程法模拟三维电磁响应原理的基础上,对井地电法三维正演模拟并行算法做了研究。同时,还利用Fortran 6.5和消息传递接口(MPI)开发了井地电法三维正演模拟并行计算程序。在求解大型线性方程组时,采用的是稳定的双共轭梯度(BICGSTAB)算法,单机正演程序与并行正演程序的计算结果有着很好的一致性,这说明了并行算法的正确性,为进一步开发井地电法三维反演并行程序奠定了基础,也为井地电法三维正、反演程序实用化提供了技术支持。

基于积分方程法的大地电磁三维反演

采用积分方程法计算均匀半空间中三维异常体的大地电磁响应,然后利用阻尼最小二乘法反演得到地下三维异常体电阻率分布。在计算灵敏度矩阵时,将灵敏度矩阵分为线性项和体现反演过程非线性的偏微分项进行求解,提高了计算精度。理论模型反演结果表明,反演较准确,对初值依赖性小,且只针对异常体剖分单元进行反演,反演效率较高。

弹性地基厚板的基本解和边界积分方程法

本文利用H(?)rmander算子法将控制弹性地基厚板的微分方程组转化为含有一个未知函数的高阶微分方程,并引入辅助函数使微分方程降阶,以较为简捷的途径获得了弹性地基厚板的基本解.文中采用导出的基本解作为权函数,建立了适用于任意边界条件和几何形状的弹性地基厚板的边界积分方程,并用边界元法分析了一些算例.

用积分方程法计算蒸汽管中存在缺陷时的阻抗平面图

在涡流无损评估研究中，积分方程法是计算阻抗图的一种重要方法。可是在管道结构中，积分方程法的核—其并矢格林函数的推导比较困难，使它的应用受到限制。作者首次利用二阶矢量位法导出了管道结构中涡流场的并矢格林函数。在此基础上，计算了一个实例。结果表明，作者采用的模型和方法是正确的。

刚性斜桩顶部受任意力的位移的线载荷积分方程法的分析

刚性斜桩顶部受任意力作用的位移分析可以分解为在倾斜平面xoz及其法平面yoz内受力的位移分析.xoz(或yoz)平面内的位移分析,可以用集度为未知函数X(t)(或Y(t))和Z(t)的Mindlin水平点力(平行x轴(或y轴)),垂直点力,在xoz(或yoz)平面内沿桩轴[0,L]内分布,根据边界条件,可将问题归结为Fredholm第一种积分方程.用离散的方法可获数值解.文中给出数值计算的例子.计算的精度用功的互等定理来检查,并将直桩的结果与别人的直桩结果作比较.