有限积分法与有限差分法在弹性波数值模拟中的对比分析

弹性动力学有限积分法被认为对非均匀介质具有较好的适应性,从而应用于混凝土等不均匀介质的弹性波数值模拟。有限差分法作为目前常用的弹性波数值模拟方法,在计算精度和计算效率方面具有独特优势。对比分析2种不同的数值方法在弹性波数值模拟中的异同点,为数值模拟方法的选取提供参考。从理论上对方法原理进行了对比分析,并设计2种非均匀层状介质模型,对比了其数值模拟结果。结果显示:弹性动力学有限积分法离散公式等价于空间二阶精度的有限差分法;在物性参数不同的弹性介质的分界面上,弹性动力学有限积分法与二阶空间精度的有限差分法数值模拟结果相同;在自由界面上,有限差分法使用声学-弹性介质近似自由地表,比弹性动力学有限积分法更加精确。

基于CUDA的超声二维声场EFIT仿真

随着图形处理器(GPU)的快速发展,基于计算设备统一构架(CUDA)可以方便地将并行计算技术应用于超声声场数值仿真计算,极大地提升计算效率。阐述了弹性动力学有限积分算法(EFIT)的原理,在采用CPU实现带吸收边界的钢材料二维点源激励声场仿真的基础上,基于GPU实现了仿真模型的并行计算,介绍了GPU程序的设计流程和参数优化方法,包括纹理内存使用、吸收边界优化和数据传输优化。对比了相同条件下CPU和GPU仿真计算的耗时和平均计算效率,定量分析了GPU对于EFIT模型效率的提升。比对结果表明,EFIT具有良好的并行计算条件,采用并行计算方法能够有效提升模型计算速度,对于复杂声场仿真应用具有广阔的应用前景。

含裂缝管桩低应变测试的三维数值分析

文章采用弹性动力有限积分法(elastodynamic finite integration technique,EFIT)对含裂缝管桩的低应变完整性检测进行三维数值分析,建立了柱坐标系下的管桩数值模型,根据初始和边界条件,得出含裂缝管桩的桩顶轴向速度响应,并与实测数据对比验证了算法的准确性;分析了激振脉冲宽度、裂缝产状、裂缝长度及位置对桩顶轴向速度响应的影响;提出一种提高裂缝定位效果的修正方法。结果表明:EFIT适用于含裂缝管桩低应变测试的模拟;低应变反射波法不能用于识别轴向裂缝,但可用于识别横向裂缝;激振脉冲越宽,对横向裂缝的识别效果越差;由传统一维理论得出的横向裂缝位置偏浅;提出的修正方法有助于提高裂缝定位的效果。研究结果可为管桩裂缝的低应变检测提供参考。