二维非线性时域有限差分法分析微孔激光器出射光的近场特性

微孔激光器(VSAL)作为应用于近场光存储系统中的一种新型光源,它的出射光斑的近场特性对于近场光存储是十分重要的。运用二维非线性时域有限差分法(2D-NL-FDTD)分析VSAL出射端即微孔金属膜的近场光学性质,模拟计算了不同参数的微孔金属膜的光强近场分布,对所得结果加以分析,从光学性质的角度,讨论其在近场光存储中的应用,并给出反映其近场光学特性的相关数据。

有限差分法求解一维非线性谐振子问题

针对许多量子体系很难得到薛定谔方程解析解这个问题,本文提出采用有限差分法求解薛定谔方程,从而将连续的量子力学本征值问题转化为离散的矩阵运算问题.首先,以一维线性谐振子为例,采用有限差分法求解了该体系的本征能量以及本征函数;然后,与一维线性谐振子的解析解进行对比,验证了有限差分法求解薛定谔方程的可行性与准确性;最后,又采用有限差分法求解了一维非线性谐振子的本征能量以及本征函数,并与微扰法得到的近似解进行了比较.

二维非线性抛物方程广义差分法/有限体积法的自适应计算

给出三角网上二维非线性抛物方程广义差分法(有限体积法)的一种基于残量估计的后验误差估计,并在此基础上设计了自适应计算方案,以适应物理解在时空的大梯度变化.提出了适合发展方程自适应计算的三角网数据结构(不是树状结构)和灵活的局部粗化算法.

二维非线性四阶分数阶波动方程的BDF2-WSGI有限元算法

本文主要研究了二维非线性四阶分数阶波动方程的有效数值算法。通过结合二阶BDF2-WSGI时间离散格式与有限元方法对二维非线性四阶分数阶方程进行求解。首先,引入辅助变量,将分数阶四阶波动问题转化为低阶耦合方程,然后利用Riemann-Liouville分数阶积分对所得方程进行积分,最后使用WSGI逼近公式逼近分数阶积分,形成二阶BDF2有限元格式。本文给出了详细的数值算法,并通过一个二维算例进行了数值试验,验证了算法的有效性和收敛性。

基于有限差分法的均匀电场二维正演模拟

正反演技术是获取全面地下介质信息的关键,研究者们一直致力于发展稳定、高效、高精度的地球物理正演技术。直流电阻率法中间梯度装置的主要观测区域的初始电场可视为水平均匀电场,本文为实现对直流电阻率法的中间梯度装置的电位分布及视电阻率曲线响应正演模拟,采用有限差分方法对二维地电模型的均匀电场进行正演。在前人基础上,采用非均匀网格剖分电流主要影响范围,以减少网格数量,提高计算效率。本文首先从均匀电场满足的拉普拉斯方程边值问题出发,详细地分析了非均匀网格剖分、微分方程的差分离散、线性方程组的求解等各个步骤。其次,对均匀半空间模型试算并与模型解析解对比,结果表明,地表视电阻率响应的有限差分数值解与解析解吻合,验证了有限差分算法的正确性和稳定性。最后,对单个异常体的二维地电模型和多个异常体模型的电场进行正演计算,总结了异常体及其电场分布规律。本文形成的有限差分算法,对于均匀半空间验算的正演模拟中,计算时间为2.43226 s,相对误差不超过1.5×10^(-12)%。在本文中的算例中,各个模型的视电阻率曲线图及电位等值线图都能较好地反应异常体的分布情况,说明本文的有限差分算法能对均匀外电场进行有效模拟,为实际测量数据的定性解释提供思路。

二维介质PBG结构色散特性的时域有限差分法分析

采用时域有限差分法分析二维介质柱PBG结构的色散特性.计算表明,在介质填充比相同的条件下含单介质柱周期的PBG结构,其介质柱形状对色散特性的影响很小;而含多介质柱周期的PBG结构,TM波的阻带中心频率随介质柱个数的增多而提高,阻带绝对宽度增大,相对宽度相当.

软粘土非线性一维固结有限差分法分析

用有限差分法求解了软粘土非线性一维固结问题 ,编制了计算程序 ,并通过详细的计算得到了有关固结曲线 。

用二维时域有限差分法计算机翼雷达散射截面

应用二维时域有限差分(FDTD)程序计算二维翼型NACA0012和金属方柱的双站雷达散射截面,与国内外文献上的结果进行比较,证明该程序的有效性.而后计算二维不同形状机翼的双站雷达散射截面(RCS)和不同后掠角时后掠翼和三角翼的双站RCS,得出不同形状机翼有不同的RCS分布;改变后掠角的大小可以改变机翼的RCS分布.因此,根据设计要求,可以通过选用不同机翼形状或不同大小的后掠角,使飞行器达到RCS减缩.

软粘土地基非线性一维大变形固结的有限差分法分析

在几何非线性分析的基础上考虑软粘土的非线性本构关系,采用张量指标记号推导出物质描述的一维非线性大变形固结的控制方程,采用有限差分方法对非线性控制方程进行数值求解,编制了计算程序。数值计算结果表明:在相同的非线性本构关系前提下,软粘土地基的非线性大变形固结沉降始终小于非线性小变形固结沉降;且随着荷载水平的增大,大变形固结和小变形固结的沉降量的差别越来越大,几何非线性对软粘土地基沉降影响是不可忽略的。

二维时域有限差分法对路面雷达的正演模拟

用二维时域有限差分(2D-FDTD)法建立路面雷达的模型。采用实际路面雷达发射波源和Mur的二阶吸收边界条件,对几个典型路面雷达模型进行了正演模拟。通过理论验证实际三层路面结构正演模拟;研究了路面介质的介电常数和电导率对路面雷达反射波的影响,对介电常数及电导率变化的不同情况进行了正演模拟。结果表明路面介质的介电常数大小影响路面雷达反射波的时延,某层介电常数的增大或减小都会引起前一层表面波幅同时增大或者减少,而电导率主要影响除前一层反射波之外的其他结构层界面的反射波波幅,电导率越大,反射波幅越小;同时给出了路面脱空的正演模型模拟解释。

二维时域有限差分法对接地板宽度有限的共面波导的特性参数分析

本文利用二维时域有限差分 (FDTD)法分析接地板宽度有限的共面波导 (FGCPW )在高达 1THz频段内的频变特性。将计算结果与三维FDTD法分析结果相比较发现 ,其一致性较好 ,且大大提高了仿真的效率 ,通过比较接地板宽度对FGCPW的色散和衰减特性的影响 ,说明设计共面波导的关键在于对几何尺寸参数的正确选择。

均布荷载下软土地基一维非线性固结的有限差分法

针对深厚软黏土地基一维固结计算中,土体初始应力和附加应力分布形式对地基固结度存在较大影响的问题,假设土体初始应力沿深度变化、外荷载引起的附加应力随时间和深度变化、土体应力应变关系满足双曲线模型,推导了均布荷载下软土地基的一维非线性固结控制方程,并采用差分法求解,得到了地基固结度及沉降计算公式。算例分析表明,该方法计算所得地基固结度与传统解析解吻合良好,且在时间维度上分段计算可有效提高差分法计算效率;采用该方法计算地基沉降所得结果与实测数据吻合较好,且能大幅度简化固结计算过程,具有较好的工程应用价值。

非线性器件的时域有限差分法分析

用时域有限差分法(FDTD)分析了两种非线性集总元件.提出了一种改进的非线性集总网络算法(INL2N),解决了肖特基二极管在FDTD法中轴向占多个网格情况的处理方法;同时给出了分析耿氏二极管的一组实用的FDTD迭代公式;这两种方法的计算结果与文献及SPICE结果吻合较好.

一种节省内存的降维时域有限差分法及其在散射计算中的应用

介绍一种节省内存的降维时域有限差分方法 (R FDTD) ,该方法理论上可节省约 33%的场分量存贮量。本文首次把R FDTD用于散射计算 ,提出了一种更为简单直观的新的导体处理方法 ,并阐明R FDTD中连接边界、吸收边界和近 远场变换的实现方法。以TE波入射时二维柱体散射为例的计算结果表明 ,R FDTD在节省约33%内存的基础上 。

梯形脊形金属波导传输特性的二维频域有限差分法分析

基于二维频域有限差分法(2-D FDFD),对梯形单脊矩形波导和梯形双脊矩形波导的传输特性进行了分析.采用直角坐标系中2-D FDFD的一般分析公式和波导梯形斜边上的差分公式,对梯形单脊矩形波导和梯形双脊矩形波导的传播特性进行了分析.数值计算结果和已有的数值结果以及仿真结果吻合得很好,证明了分析的正确性.

结合频域有限差分法分析二维柱体电磁散射

引入多波前算法,提出了结合频域有限差分法分析二维柱体的电磁散射问题。数值计算过程中利用Murs二阶吸收边界条件和场平均吸收条件截断网格;作为算例,分析了一无限长理想导体柱对平面电磁波的散射,由于使用了多波前算法求解差分矩阵方程,大大地减少了计算时间,数值结果表明了该方法的有效性。

谐振管内非线性驻波的二维有限差分计算方法

谐振管内非线性驻波的数值计算方法是目前强声密封研究的关键技术。基于三个气体动力学方程推导得出一个关于无旋可压缩牛顿流体的非线性波动方程,并通过对非线性波动方程进行有限差分离散化处理,提出求解谐振管内非线性驻波的二维有限差分计算方法。通过边界条件的处理,使所推导的二维有限差分计算方法能够在整体谐振激励作用下计算谐振管内非线性驻波。在圆柱形谐振管内部填充Refrigerant-12作为工作媒质以及整体谐振激励的条件下,利用所提出的二维有限差分计算方法对圆柱形谐振管内的非线性驻波进行求解,并得到圆柱形谐振管内绝对压力波形、声压频谱响应以及谐振管内的声压空间分布。通过与现有仿真方法的计算结果和现有试验结果进行对比,所得到的计算结果无论从波形还是数值上都能与这些结果吻合,从而验证了该方法的可行性。该方法为强声密封的非线性驻波计算研究奠定了良好基础。

利用非均匀网格有限差分法模拟二维大地电磁响应

为了实现二维地电模型的大地电磁正演模拟,采用非均匀网格有限差分法对TM极化模式下的大地电磁响应进行了数值近似计算。首先,从磁场满足的边值问题出发,利用非均匀网格有限差分法导出了TM极化模式下二维大地电磁正演计算的线性方程组;然后,通过对均匀半空间模型的大地电磁响应进行数值计算,与理论解析结果对比,验证了非均匀网格差分正演算法的正确性;最后,通过对二维地堑构造模型的大地电磁响应模拟,说明了非均匀网格差分正演算法的有效性,同时总结了异常响应规律,这能为实测数据的定性解释提供指导。

基于有限差分法的大地电磁二维倾子响应计算

在二维地电模型中,考虑到大地电磁(MT)的倾子响应依赖于TE极化模式的数值模拟问题,采用有限差分法对倾子响应进行了数值近似计算。首先,从电场满足的边值问题出发,利用有限差分法导出了TE极化模式下MT二维正演计算的线性方程组;其次,编写了计算MT二维倾子响应的Matlab程序,同时模拟计算了一维介质模型的大地电磁响应,验证了倾子响应差分正演算法的正确性;最后,通过对典型二维地电模型的MT倾子响应模拟,获得了倾子响应的实部、虚部和振幅,其结果都较好地反映了不均匀体的横向分布情况,这能为实测数据的定性解释提供指导。

有限差分法在二维位场延拓的应用

采用第一类边界值条件下有限差分矩形等距网格法,对位场求解区进行网格剖分,探讨有限差分方程的建立、建模和计算原理。在同一种模型建立的差分方程下,使用Jacobian迭代和全选主元高斯消去法进行求解,统计计算时间和迭代次数,比较两者的均方误差。不同模型计算结果显示,两者求解结果基本吻合。