岩体蠕变的光粘弹性模拟

给出了岩体蠕变的光粘弹性模拟相似条件，自制了一种与给定岩体相似的光粘弹性材料。

在柱面坐标下对波传播进行三维弹性模拟

本文介绍了一种利用多套域法在三维圆柱形网格上进行波传播模拟的方法,在该法中,数值网格被分成若干个同心柱形组成的子域。 波场以r、0和z进行离散,其中r是距圆心的半径距离,0是极角,z是深度。在径向方向上,空间导数的近似值用切比雪夫展开式计算,而在极角和垂直方向上则用傅里叶展开式计算。 各向同性弹性介质的动量守恒方程和应力—应变关系式是本数值计算法的基础。这些方程和关系重新计算后,构成一个关于时间的九元一阶方程组,其中的变元分别是质点速度和应力。这些变量适合于施加边界条件以及构造区域划分。

基于弹性板模型的塔里木盆地北部新生代沉降模拟:对南天山隆升的启示

在印度-欧亚板块碰撞远程效应影响下,天山造山带在新生代活化隆升,与其南缘相邻的塔里木盆地北部发生挠曲沉降并沉积了巨厚的新生代地层,该巨厚新生代地层和造山沉积地层为本文进一步探究南天山隆升过程提供了关键的沉积记录。本文采用有限弹性板数值模拟的方法,对盆地新生代不同时期基底沉降剖面分别进行建模研究。结果表明:盆地沉降受沉积负载和构造负载共同控制,66~<5.3 Ma期间沉积负载对盆地沉降的贡献量小于或等于构造负载的贡献量;约5.3 Ma至今沉积负载对盆地沉降的贡献量远大于构造负载。南天山构造负载变化速率表现为66~<26.3 Ma缓慢增长;26.3~<5.3 Ma南天山稳定增长;约5.3 Ma至今南天山造山带构造负载高度快速增长。基于对盆地沉降过程的分析,限制南天山新生代初始隆升时间为古近纪,其相对海拔高度从400 m增长到2 500 m;虽然在约5.3 Ma至今南天山相对海拔高度保持稳定,但构造负载高度仍在增加,这可能是盆地俯冲作用的加剧在一定程度上抑制了造山带平均海拔高度的增长,进而导致南天山的侵蚀和隆升达到相对平衡。

水工结构水弹性模型模拟方法与应用

水弹性模型是同时模拟水动力学和结构力学条件的物理模型.文中介绍了天津大学水利水电工程系20年来对高拱坝、导墙、溢流厂房、衬砌结构等水工结构泄洪振动进行理论、试验研究所取得的研究成果和存在的问题.

可变网格与局部时间步长的交错网格高阶差分弹性波模拟

交错网格高阶差分方法是一种在保持效率的前提下提高弹性波模拟精度的有效方法.本文将可变空间网格与变化的时间步长技术引入到交错网格高阶差分弹性波模拟中,提出一种空间网格可任意奇数倍变化与时间步长任意变化的交错网格高阶差分弹性波模拟方法.一系列数值试验表明,该方法能够在保证模拟精度的同时,通过有效降低空间与时间维度上的过采样来显著提高弹性波模拟的效率.同时,该方法还能够精细刻画含孔缝洞介质以及横向变化剧烈介质的局部细微结构,减小弹性波模拟误差,提高介质细微结构处的弹性波传播模拟精度.

弹性波的三维Hamilton系统方法模拟

针对三维介质中的弹性波传播问题,本文提出了三维Hamilton系统方法。此法通过建立三维离散化网格上的准粒子体系,引入Hamilton函数对系统进行描述。体系中采用中心准粒子与周围6个最近邻和12个次近邻准粒子发生相互作用的模型,文中给出相互作用系数以及相互作用系数与P波波速、质量密度以及泊松比的关系,推导出描述弹性波传播的二阶辛差分格式的离散化方程,并对给定的介质模型进行数值模拟。模拟结果表明该方法是有效的。

基于辛格式离散奇异褶积微分算子的弹性波场模拟

本文发展了基于辛格式离散奇异褶积微分算子(SDSCD)的保结构方法模拟弹性波场,求解弹性波动方程时,引入辛差分格式进行时间离散,采用离散奇异褶积微分算子进行空间离散.相比于传统的伪谱方法,该方法提高了计算精度和稳定性.数值结果表明SDSCD方法可以有效地抑制数值频散,为解决大尺度、长时程地震波场模拟问题提供了合适的数值方法.

三维非均匀介质中弹性波传播的数值模拟

提出了一种三维非均匀介质中弹性波传播数值模拟的方法 ,文中称为三维格子法 .该算法是二维格子法 (一种二维非均匀介质中P SV波传播的数值模拟算法 )向三维非均匀介质情况的推广 .在空间离散上该文方法与有限元方法类似 ,容许根据连续体的形状和介质分界面任意剖分网格 ,且自然满足自由表面边界条件 .不同于常规有限差分法在各个节点上满足动力学微分方程 ,该算法通过满足各节点周围格子的整体平衡 (积分平衡方程 )来对问题进行求解 .三维格子法所需的计算机内存及计算耗时与同阶精度的规则网格有限差分法相当 .算例表明 ,该文提出的三维格子法具有较高的精度且可很好地模拟三维复杂形状地表对弹性波的反射和绕射 .

青藏高原东缘龙门山晚新生代剥蚀厚度与弹性挠曲模拟

龙门山是青藏高原东缘边界山脉,具有青藏高原地貌、龙门山高山地貌和山前冲积平原三个一级地貌单元。利用数字高程模式图像和裂变径迹年代测定方法研究和计算龙门山晚新生代剥蚀厚度与剥蚀速率,结果表明:3.6 Ma以来龙门山的剥蚀厚度介于1.91-2.16 km之间,剥蚀速率介于0.53-0.60 mm/a之间。在此基础上,开展了该地区岩石圈的弹性挠曲模拟,结果表明龙门山的隆升机制具有以构造缩短隆升和剥蚀卸载隆升相叠合的特点。3.6 Ma之前,龙门山的隆升与逆冲推覆构造负载有关,以构造缩短驱动的构造隆升为特色;3.6 Ma之后,龙门山的隆升与剥蚀卸载驱动的抬升有关,并以剥蚀卸载隆升为特色,进而提出了龙门山晚新生代以来的隆升机制以剥蚀成山作用为主的认识。

用于弹性波方程模拟的基于逐元技术的谱元法

由于结合了谱方法和有限元法的优势,谱元法为弹性波方程的数值模拟提供了一种新的有效工具.文中从弹性动力学方程的弱形式出发,详细阐述了使用Legendre正交多项式展开的谱元法基本理论及相应数学公式.单元内的弹性波场用高阶Lagrange插值近似,而每个单元上的数值积分采用Gauss-Lobatto-Legendre积分方法.如此可得到对角形式的全局质量阵,简化了运算.逐元技术被用于Legendrc谱元程序中,极大地减少了内存和计算需求.最后,四个数值算例被用于验证这种谱元法的高精度和强适应性.同时证明这种新的谱元法很适合用于那些具有复杂结构,包括起伏自由表面的非均匀介质中的弹性波模拟.

快速精确的二维频率空间域弹性波数值模拟

二维频率空间域的数值模拟方法具有以下的优势:多炮模拟时,计算成本比时间域方法低;无累计误差;在地震反演中处理多震源模拟时,只需要有限的几个频率就可以得到好的反演结果.差分离散化形成的稀疏系数矩阵,需要求解一个巨大规模的线性方程组,最大瓶颈是需要海量的计算机内存,导致计算量庞大.本文在前人研究的基础上,采用嵌套剖分网格排序法,极大限度减少对计算机内存的需求,从而减少了计算量.针对弹性波数值模拟的特征,提出二维频率空间域弹性波多炮模拟的快速计算流程.数值模拟试验证明使用嵌套剖分排序法的弹性波多炮数值模拟比压缩存储法具有节省存储量、计算效率高等优势,为后续的二维频率空间域弹性波全波形反演奠定了很好的基础.

SOM拓扑保序机理的模拟弹性力分析

针对SOM内在原理和基本特性中一些未解决的重要问题 ,定义了输出阵列上神经元i承受的、正比于模式向量及权向量之间距离的 2种模拟弹性力 :输入模式向量对胜者i的拉力 ,以及阵列中胜者j对邻近i的牵动力 ;分析了弹性力的 9个性质 ,对SOM学习过程中神经元权向量的演变过程及拓扑映射保序的机理给出了易于理解的、形象的解释。

弹性波模拟中局部透射边界的反射特征及参数优化

研究一种新型局部透射边界对弹性波的反射特征,以提高模拟复杂波动问题时的边界精度。此时存在P-P、P-S和S-P、S-S两组(4种)反射,反射系数基于P波和S波势函数定义。将势函数表示的波场转化为u和w分量形式,再代入边界公式,推导出反射系数R_(pp),R_(ps),R_(sp),R_(ss)的表达式。理论分析与数值试验相结合,得出如下研究结果:新型边界的多种计算波速配置能够很好地实现对P,S两种物理波速波动能量的同步吸收;弹性介质自身特性给反射系数带来了附加零反射角度,这对边界精度有利;S-P反射有时会出现异常大值,这会严重破坏边界精度,不过,当大部分(如1/1,2/2,2/3,3/4,3/5,…)人工波速参数被严格设定为S波波速时就不会出现这个问题。

RVSP弹性波数值模拟及传播特征分析

基于纵波、横波解耦的弹性波高阶有限差分方程和PML吸收边界条件,实现了RVSP观测统中弹性波数值模拟。采用完全弹性波波动方程进行数值模拟,可以得到纵波和横波的混合波场,且波场丰富,符合实际地震波的传播规律。该正演模拟方法纵波、横波自然解耦,产生全波场、纯纵波和纯横波模拟记录。通过对层状介质模型、凹陷模型,以及实际复杂介质模型的RVSP弹性波进行数值模拟,得到各模型不同分量下全波、纯纵波和纯横波的波场,并对弹性波传播特征进行了分析,为下一步的RVSP地震资料处理和解释工作奠定了理论基础。

三维各向异性介质弹性波模拟的透射边界条件

在弹性波数值模拟中,为了压制人工边界反射,需要使用边界条件.本文从三维各向异性介质中弹性波方程出发,在边界入射波为平面波的假设前提下,利用特征值分解以及坐标系旋转,导出人工边界处质点位移矢量计算公式,实现了在边界处为任意倾斜入射时的透射边界条件.并显示了边界条件的使用效果.

基于SPML和海绵边界的伪谱法弹性波模拟复合吸收边界条件

弹性波数值模拟中分裂格式的完全匹配层吸收边界(SPML)难以吸收与边界接近平行传播的地震波,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,实现了对与边界接近平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震波的吸收效果。数值测试结果显示,不论对简单速度模型还是复杂速度模型,复合吸收边界对地震波的吸收效果优于常规SPML边界的吸收效果,且不会产生明显的数值噪声。

二维交错网格纵横波分离的弹性波模拟及应用

本文通过对弹性波二阶方程纵波和横波分离方法以及一阶交错网格方法的系统研究,提出了在一阶交错网格下的纵波和横波分离模拟的方程表达式。在该方法的模拟过程中纵横波自然分开而不是耦合在一起,产生了全纵波和全横波模拟记录。数值模拟的结果验证了该方法的正确性。通过全纵波和全横波的模拟研究,对认识弹性波的传播规律以及指导油藏数值模拟具有重要现实意义。

纤维增强复合材料板抗碎片模拟弹性能评定方法

提出了两种纤维增强复合材料板抗碎片模拟弹性能的评定方法，并创立了两种测量贯穿纤维增强复合材料板弹丸的剩余速度的方法－铝箔法和光幕靶法。

基于弹性表面挤压模拟的汽车乘客座椅造型设计方法

在进行汽车乘客座椅造型设计时,需考虑弯道行驶过程中人体和座椅间的压力分布。针对该问题,基于人体数据库导出的处于舒适坐姿的人体模型,利用Rhino软件的可视化编程插件Grasshopper及其物理模拟插件Kangaroo分别建立了人体和座椅的模拟弹性点网,并使两者在转向推力、重力和弯道约束的共同作用下,沿圆形弯道运动并相互挤压。记录点网在运动过程中的不同位置,将各位置中两点网间各点的距离转换为受压分布。研究发现:在运动姿态趋于平稳且速度达到最大时,受压分布情况稳定且特征明显。模拟结果有助于设计人员快速定位问题,模拟中按比例获得的和受压分布相关的点集为设计人员进一步发挥创意提供了依据和参数化基础。