适合地形起伏的二维有限单元数值模拟技术

在有限单元法矩形～三角形单元剖分的基础上,提出了适合复杂地形条件下的网格剖分方法:平行四边形～三角形剖分方法。计算结果表明,该方法具有快速、高效的特点。只要对原有程序稍加修改,即可实现对复杂地形条件下的复杂地电断面进行自动剖分和网格节点自动编号。因此,对于复杂地形条件下的地电模型,该方法能快速地实现较为精确的数值模拟。

三角单元部分电导率分块连续变化点源二维电场有限元数值模拟

为了易于模拟地形和地电体 ,有限单元被设计为三角单元 .考虑到实际中岩石、矿物的物性参数均是变化的 ,单元内电导率被设计为双线性变化 .导出一种点源二维地电断面电位计算的有限元方法 .该法首先给出沿走向方向进行傅氏变换后的电位的变分问题 ,然后用有限元方法进行数值计算 ,最后通过傅氏反变换 。

基于电场矢量波动方程的三维可控源电磁法有限单元法数值模拟

从可控源电磁法的基本原理出发,推导了基于电场矢量波动方程的三维边值问题,利用广义变分原理,把边值问题转换为变分问题,并引入散度条件,避免了伪解的出现,使有限元计算在理论上更加完备.在准静态近似条件下,把水平电偶极子在空中和大地的远区电场闭合表达式作为有限元计算中的区域外边界条件,解决了边界条件加载的困难;把应用于地震模拟中的伪delta函数引入到可控源电磁法中的三维有限元模拟中,消除了源点的奇异性,提高了方程组的稳定性.通过对均匀大地和层状介质模型的模拟,检验了程序的正确性,并对典型的地质体模型进行了数值模拟,分析了其变化规律.

复电阻率法二维有限元数值模拟

伴随着复电阻率法的广泛应用,发展精确和快速的正演和反演算法成为复电阻率法研究的重点.本文采用基于三角单元剖分的有限单元法进行了复电阻率二维数值模拟研究.为了提高计算速度,对无穷远边界进行了近似处理.整个正演计算过程分为两步,首先采用有限单元法计算四个不同频率的视复电阻率数据,然后对前一步得到的视复电阻率数据采用递推算法计算视Cole-Cole参数.采用这种正演算法与一维正演的结果进行了对比,验证了本文方法的正确性.设计了两个二维极化模型,数值模拟结果表明视复电阻率和Cole-Cole视参数等值线断面图对于异常目标体都有比较明显的反映.

二维浅水流动的有限元并行数值模拟

建立了并行计算系统工作站机群 ,实现了浅水流动的并行数值模拟 .采用信息传递接口 (MPI)为通讯库 ,实现了基于图论的区域剖分方法 ,并且提出了一种显隐交错的数值格式 ,该格式具有数值计算精度高 ,适合并行计算的特点 .计算了较低雷诺数下 (R <30 0 )方柱绕流的情况 .并与Suzuki及Breuer的结果进行了比较 .

基于二次场的二维大地电磁有限元法数值模拟

引入基于计算二次场响应的方法,将其用于二维大地电磁数值模拟.导出了二维大地电磁二次场的表达式,在使用有限元法解偏微分方程时,利用二次场偏微分方程与总场偏微分方程的相似性,直接采用总场法中的系数矩阵作为二次场的合成矩阵.将根据此原理所编制的二次场有限元法模拟软件,对几个典型模型进行了试算,并与传统总场模拟法作了比较分析.结果表明,直接计算二次场的结果精度更高,更接近真实解.

电位双二次变化二维地电断面电阻率测深有限元数值模拟

以异常电位为研究对象 ,给出了一种新的二维地电断面电阻率测深的有限元数值模拟方法 .该方法与以往这类方法的主要区别在于 ,网格单元中的电导率采用双线性插值 ,电位则用二次函数进行双二次插值 ,从而使得电位的正演结果以及由电位导出的视电阻率更加符合实际地电场的变化规律 ;另外 ,有限元网格单元数也大为减少 .对几例模型的试算结果表明 ,文中提出的计算方法是行之有效的 .

板坯连铸过程电磁搅拌二维电磁场的有限元数值模拟

运用变分有限元法对连铸板坯内二维低频交变电磁场进行了数值模拟。采用双侧线性电磁搅拌技术 ,模拟了不同电流强度时的电磁力矩变化规律 ,分别给出了电流强度与电磁力矩以及频率与电磁力矩的对应关系图 ,为实际生产中选择合适的电流和频率提供了理论依据。

复杂地形电导率线性变化二维大地电磁有限单元法正演模拟

为模拟复杂地形及地质结构,利用三角单元进行剖分,给出了具有垂直断面地形的简单网格剖分方法;电导率和电磁场值在单元内线性变化,推导出大地电磁TE(横电)模式有限单元法系数矩阵,利用高斯积分计算TM(横磁)模式有限单元法系数矩阵;计算辅助场时,在垂向采用二次拉格朗日插值计算主场值的垂向偏导数;用有限单元法对一维及二维模型进行视电阻率及相位计算,与前人计算结果进行了对比检验,计算结果与解析解的相对均方差小于0.17%;计算了垂直间断面地形的视电阻率断面图。

利用流管-有限体积法的河流水质二维数值模拟

河流的流动形态复杂,影响水质的因素较多。对河流污染物迁移扩散机理进行分析,提出将流管划分与有限体积法相结合的方法,利用流管求取河流流场,有限体积法求取污染物的扩散。将其应用到重庆城区段的二维水质模拟,全部计算和可视化都通过FORTRAN实现,取得较好效果。该方法简单、准确、高效,具有较好的工程意义。

永定新河二维输沙有限元数值模拟

本文应用不平衡输沙原理，并采用一种集中质量矩阵的“迎风”有限元方法对二维泥沙扩散问题建立了数学模型．该模型对永定新河北塘河口作了数值模拟计算，计算的结果与实测的水位、流速、含沙量过程进行了验证，验证结果是合理的．

光学CT成像算法中二维模型正向问题的有限元法数值模拟的研究

简述了求解光学CT正向问题的有限元方法 ,并针对二维模型进行了仿真。

基于六面体八节点单元的三维有限元数值模拟表面等值线的生成算法

论述了六面体八节点有限单元表面三维等值线生成的一种高效的算法 ,开发了三维等值线生成器 ,并将其与AutoCAD集成。将等值线生成器应用于自行开发的S FORM 3D数值模拟系统 ,该系统模拟生成的各种物理场量可以在AutoCAD中直接显示 ;同时应用该等值线生成器对DEFORM模拟结果进行处理 。

基于一维、二维数值模拟的码头工程洪水影响研究

依托广州市某码头工程,采用大范围的一维河网数学模型与局部河道二维潮流数学模型相结合的方法,进行了洪水影响模拟和分析。结果表明,码头工程建设引起的水流流向及流速变化仅局限在工程位置附近,基本不会对工程所在河段的河势造成影响,对前航道的行洪能力影响也较小。

磁电阻率法二维有限元数值模拟

磁电阻率法属于测量磁场的传导类电法勘探,磁场异常值由地中传导电流引起。本文使用矩形网格剖分的二维有限单元进行数值模拟,计算磁电法的地面磁场。计算结果表明,地下异常体的大小和位置的不同能造成出磁场曲线形态上的明显差异。

低地应力区地下洞室围岩变形量二维有限元数值模拟

以西北某市水利地下工程泄洪洞为例,在采用弹塑性二维有限元法对洞室围岩开挖后Ⅳ类围岩变形量进行数值模拟研究的基础上,总结分析了低地应力区地下洞室开挖后围岩变形破坏及其特征。

二维水沙输运模型的特征混合有限元数值模拟

采用特征混合有限元方法来求解二维水沙输运模型，并通过数值算例验证了方法的有效性．

污水厂二维沉淀池水流和悬浮物运动数值模拟

以典型城市污水处理厂平流矩形沉淀池速度和浓度分布计算为例,利用涡量-流函数法建立控制方程,并以有限差分法中的控制容积法对方程进行了离散,求出速度分布场后,利用二维浓度迁移方程对沉淀池浓度分布进行了计算.通过与实验数据的对比,验证了方法的有效性与可行性.另外还对沉淀池数值模拟的应用进行了初步探索.

基于GIS泥石流二维数值模拟

为了模拟泥石流的运动规律,预测降雨诱发的泥石流到达距离和泛滥范围,减少和避免泥石流引起的灾害,给出了一个模拟泥石流运动的二维数值模型。由于GIS中的栅格网络数据可以直接作为有限差分的网格,二维数值模型可用有限差分来求解。模型应用于2003年7月20日发生在日本九州南部熊本县水俣市宝川区集村的泥石流。模拟再现了这个真实泥石流的传播和泛滥的过程,并与实际检测结果很吻合,验证了这个深度积分的二维数值模型的有效性和实用性。模型可用于预测泥石流的流动距离和泛滥范围,以及泛滥范围内的危险房屋和路段,也可以用于泥石流灾害的风险性分析。

三维地电断面电阻率测深有限元数值模拟

用有限单元法进行了电导率分块均匀的三维点源电场电阻率测深的数值模拟 .首先给出了三维构造中点源电场的边值问题、变分问题 ;然后 ,用有限单元法求解变分问题 ,将区域剖分成六面体单元 ,在单元中进行三线性函数插值 ,将变分方程化为线性代数方程组 ;最后解方程组 ,得各节点的电位值 ,进而计算出地表的视电阻率 .对几例较典型的地电模型进行试算 。