波场正演模拟中Sarma边界条件的改进

在有限元地震波正演模拟中,采用Sarma吸收边界条件会在介质与衰减层之间的界面上产生人为反射,这是由于在衰减层中引入阻尼矩阵,使衰减层与介质之间出现明显物性差异所致。为此,对Sarma吸收边界条件进行了改进,将衰减层内所采用的恒定比例系数改为变比例系数,即在衰减层厚度相等的条件下,在衰减层内设置一个过渡带,在过渡带比例系数由小变大,在衰减层内比例系数取恒定值。这样,使介质与衰减层之间的物性参数由突变改变为渐变,不仅压制了人为反射,而且保证了反射波在衰减层中被充分吸收。数值模拟表明,改进的Sarma边界条件方法有效实用。

声波完全匹配层吸收边界条件的改进算法

传统位移形式的声波完全匹配层(PML)吸收边界条件以三分裂位移参量来构建,需要求解时间3阶导数,计算量大,计算时间长。为此,提出了一种改进的声波分裂PML吸收边界条件。阐述了传统和改进的PML吸收边界条件的构建原理,通过数值模拟讨论了改进和传统的PML吸收边界以及低阶Higdon吸收边界对边界反射的吸收效果。结果表明,低阶Higdon吸收边界条件吸收效果较差,在波场快照和模拟记录中存在较强的边界反射;改进的PML吸收边界条件与传统的PML吸收边界条件效果相当,均能有效地吸收衰减任意角度的边界反射波。改进算法用褶积近似运算代替时间3阶导数的求解,因此简化了计算过程,减少了计算量,是一种高效稳健的算法。

用于有耗介质FDTD计算的改进的Mur吸收边界条件

从常规Mur吸收边界条件的推导出发 ,引入有耗介质的相应参数 ,使其可应用于截断边界电磁参数不连续和介质为有耗的情形。通过模拟公式计算 ,并与常规Mur吸收边界条件对比 。

箱梁预应力管道内空洞探地雷达有限元正演模拟

箱梁预应力管道注浆不密实导致梁体预压应力瞬间失效,从而造成梁体突然断裂坍塌的危害。为了更准确地检测箱梁预应力管道内注浆不密实缺陷,建立箱梁预应力管道内空洞物理模型,分析在探地雷达二维及三维探测下钢筋、管道部分注浆及管道充水条件下反射波信号的成像特点。基于改进Sarma吸收边界的有限元法计算公式,编制MATLAB程序对箱梁预应力管道内不同大小的空洞进行正演模拟。通过模型试验和数值模拟对比分析,结果表明:探地雷达三维探测能识别钢筋和空洞的分布,更全面地反映不同病害的形态特征;有限元模拟分析表明回波信号出现的时间、回波强度、双曲线的曲率及延长度均与空洞几何尺寸有关。空洞在模拟和试验探测的结果均为“弧形”,验证了数值模拟方法的可行性,为实际工作提供指导依据。