基于规则网格的复杂断层网络处理与建模

断层建模是三维地质结构建模中的主要过程之一。断层面建模过程中需要根据断层间的空间接触或者切割关系进行几何曲面的裁剪,目前方法利用三角网求交算法进行曲面裁剪,但是该算法处理复杂断层面切割关系时往往不稳定。笔者等提出了基于规则网格的复杂断层网络处理与自动化建模的方法和流程,详细讨论了基于网格化的断层网络模型形式化理论表达、建模流程中的断层网络空间关系构建以及相交裁剪处理算法等核心步骤。利用测试数据和煤矿三维地震构造解释数据进行了验证,表明该方法可以有效处理多条互相切割、主辅关系复杂的断层网络,具有较好的算法稳定性;与SKUA—GOCAD断层建模方法对比,能够减少交互过程,提高断层建模的自动化程度。

基于规则网格的农田环境监测传感器节点部署方法

为了实现农田环境监测传感器网络节点合理布局,在分析应用需求基础上,提出基于采样间距rs和节点通信范围rc进行节点部署。设计了等边三角形、正方形、正六边形规则网格的系统节点部署和系统随机节点部署2种方法,并分别给出了2种方法中3种规则网格单元边长最大值的求解方法。此外,通过比较部署成本、连通性等指标探讨了最佳规则网格节点部署方案的选取原则,为农田环境监测应用中传感器节点的合理布局规划提供理论依据。

城市空间信息规则网格与不规则网格的数据转换

对从不规则网格向规则网格进行社会经济信息转换的方法进行了比较和研究,并采用蒙特卡罗和GIS相结合的方法,以人口数据为例,利用土地利用分类信息将以行政区为基础采集的人口数据转换到规则网格中。实验证明,转换后的人口分布数据较好地体现了人口在空间的分布情况,并可根据不同的需要,聚合成不同大小的网格,能较好地满足城市微观建模和宏观社会经济信息统计分析的需要。

各向异性介质弹性波传播的三维不规则网格有限差分方法

提出一种新的三维空间不规则网格有限差分方法 ,模拟具有地形构造的非均匀各向异性介质中弹性波传播过程 .该方法通过具有二阶时间精度和四阶空间精度的不规则交错网格差分算子来近似一阶弹性波动方程 ,与多重网格不同 ,无需在精细网格和粗糙网格间进行插值 ,所有网格点上的计算在同一次空间迭代中完成 .针对具有复杂物性参数和复杂几何特征的地层结构 ,使用精细不规则网格处理粗糙界面、断层和空间界面等复杂几何构造 ,理论分析和数值算例表明 ,该方法不但节省了大量计算机内存和计算时间 ,而且具有令人满意的稳定性和精度 .

地震波数值模拟的非规则网格PML吸收边界

以格子法为基础,以声波方程为例研究非规则网格PML(Perfectly Matched Layer)方法.本方法的核心是建立局部坐标系下的分裂方程和基于积分近似的微分方程弱形式.该非规则网格模拟方法允许在计算域内设置任意形状的人工边界.对于二维半空间问题,与采用矩形人工边界相比,采用半圆形人工边界可减少计算量20%以上.采用光滑的曲边界,不仅可减少计算区域,还可避免常规的PML吸收边界在吸收带角点区域的特殊处理.本方法事先计算和存储边界单元的局部几何参数,在计算的每一时间步查表调用这些参数,与常规的直边界PML方法相比,不增加任何计算量.

多尺度规则网格模型裂缝参数化处理方法

针对多尺度规则网格模型在不同层次细节过渡时易产生几何不连续的问题,分析基于GPU裂缝处理的LOD架构,提出一种参数化处理裂缝的思想,利用曲线函数控制不同LOD过渡时的网格顶点布局,消除因层次细节过渡产生的T型连接,并扩展至消除多跨度LOD裂缝。最后将该裂缝处理方法应用于当前两种常见多尺度规则网格的LOD模型中。通过实验分析表明,本文方法在保证网格平滑过渡的同时,有效地提高了裂缝处理速度。

非均匀介质弹性波动方程的不规则网格有限差分方法

从弹性波动方程出发,提出了一种新的空间不规则网格有限差分方法,并用于求解非均匀各向异性介质中的弹性波正演问题。这种方法简单易行,对于复杂几何结构,例如低速层、套管井和非平面界面等,在较细的不规则网格上进行离散,计算时间和占用内存更少。与多重网格差分方法相比,该方法不需要粗、细网格之间的插值,所有网格差分计算在同一次空间迭代中完成。具有复杂几何交界面的模型计算,包括地下透镜体、套管井眼等,在确定弹性常数和密度后,用不规则网格的差分方法更易实现。该方法使用了Higdon吸收边界条件解决人工边界反射问题,引入了新的稳定性条件和网格频散条件,很好地消除了非物理散射波。理论模型的数值计算表明,该方法具有良好的稳定性和计算精度,在模拟非均匀介质弹性波传播时,比相同精度的规则网格有限差分方法计算速度更快。该方法易于推广到非结构网格和三维问题中。

高度不规则网格多边形单元的有理函数插值格式

借鉴自然邻点插值法,提出了基于高度不规则网格多边形单元的有理函数插值格式—多边形有理函数插值.给出了多边形有理函数插值形函数的计算表达式.该插值格式以多边形的顶点作为插值点,插值形函数为有理函数形式,克服了传统有限方法中构造边数大于4单元多项式形式位移插值的困难.

基于规则网格剖分与变权理论的潘家窑矿煤层底板突水评价研究

以潘家窑矿8#煤层为例,充分考虑了评价区域的水文地质条件存在较大差异性的特点,在煤层底板突水脆弱性评价的基础上对评价区域进行规则网格剖分,通过将评价区域剖分为有限个规则的单元网格,并根据选取主控指标值的属性特点赋予每个单元格不同的属性值,构建了潘家窑矿煤层底板突水评价体系。将变权理论引入煤层底板突水脆弱性预测评价中,应用变权理论确定各评价单元主控指标的权重,最终构建潘家窑矿底板突水危险性评价的分区变权模型,并对研究区域进行评价分区。将分区变权模型下煤层底板脆弱性评价结果与常权模型下的评价结果对比分析,结果表明:变权模型下的评价预测效果更好,评价结果更为合理。

弹性波数值模拟的非规则网格差分法

基于应力、速度混合变量弹性波方程及任意四边形网格差分算子，给出了交错计算应力及速度的非规则网格弹性波应力一速度差分法该方法融合了有限元法能适应复杂形状边界及差分法无需计算刚度阵的特点，具有较高的计算精度，所需计算机存储空间较少，计算效率也很高．基于积分平衡方程引入了任意形状自由表面的边界条件，且通过局部滤波改善了自由表面边界条件的稳定性。

雅丹观光塔钢屋盖不规则双层网格结构设计研究

甘肃雅丹地貌观光塔的一层塔座外观奇特,选用了不规则的双层钢网格结构作为其一层的屋盖。本文利用大型通用有限元分析软件ANSYS和空间网格结构计算机辅助设计软件(MST2010)分别对雅丹观光塔不规则双层网格钢屋盖结构进行了地震作用非线性时程分析以及风荷载作用分析;根据分析结果初步得到结构的关键杆件,并假设部分杆件受损对结构进行剩余承载力损伤评价。结果表明,不规则网格钢屋面不仅能够很真实地体现出建筑外观,而且还具有传统规则形式空间结构优良的抗震性能和抗风性能,结构设计满足要求;假设结构部分杆件出现损伤后,通过结构剩余承载力评价的方法能够找出结构的关键杆件,为后期的施工与使用提供指导。

基于非规则网格的随机稀疏声阵列搭建方法

为解决多源运动声场测量中声阵列的高效生成和搭建依据问题,提出以非规则网格同轴圆环阵为基础结构形式,制定非规则网格的规划方案,采用均一概率密度分布,将阵列面等面积分区,网格点等量分配,构建了以分区数和网格点数为维度的基础阵数学模型,利用此模型和推导的运动声场随机声阵列结构滤波条件,经伪随机生成,随机筛选出阵列传声器位置,形成候选阵,进一步,由提出的目标阵性能评价参数和原则,从候选阵中生成目标阵。经模拟仿真和实车实验,验证了随机阵生成过程的高效性和性能的稳健性。该方法将复杂冗长的阵列结构随机生成过程转化为传声器位置的矩阵优化运算,大幅度提高了阵列生成速度。同时,给出了测量多源运动声场的随机稀疏声阵列搭建原则。

提高规则网格最短路径方法反射波走时计算精度的走时校正技术

最短路径射线追踪方法是计算地震波走时的主要方法之一,该方法基于惠更斯原理和费玛原理,具有稳健、适于复杂介质模型的优点.为处理方便,最短路径方法中的介质模型通常以规则网格进行剖分,界面节点(界面与网格的交点)以其邻近的模型单元节点(即边界单元节点)近似表示.界面近似将导致计算误差,对于反射波尤为严重.反射波的走时精度可通过减小网格的尺寸提高,但这样会大大增加计算时间.为高精度和高效率地计算地震反射波走时,我们提出了一种基于规则网格的走时校正技术.地震波传播至或起始于边界单元节点的走时校正为地震波传播至或起始于该边界单元节点所对应的界面节点的走时.数值模型计算结果表明,走时校正方法可使反射波的走时精度提高约1～2个数量级,而其计算时间则和常规算法基本上在相同量级.

基于有限差分非规则边界网格剖分技术

有限差分法广泛用于铸造过程中流场和温度场的模拟,而对复杂实体进行更为准确、快捷的三维网格划分对铸造过程模拟十分重要。本文在传统FDM结构化网格剖分算法基础上,开发出对实体边界区域采用20点坐标定义的不规则凸多面体网格进行离散的非规则边界网格剖分程序。剖分实例证明,这种剖分算法可以为大型、复杂的铸件铸造过程数值模拟提供更为准确的计算网格,可有效地消除传统有限差分剖分算法阶梯型边界网格近似边界区域所引起的计算误差。

不规则三维网格纹理映射的均匀化

采用单一纹理对不规则三维网格进行纹理映射,常常使网格密集处映射不足;而采用纹理地图集方法又使映射过程变得复杂。因此文章提出一种新的方法:通过离散保角变换方法,先将三维网格无遮挡地映射到平面正方形中,随后通过一种离散均匀面积变换方法,使其平面网格较均匀地分布,然后求得其纹理坐标,从而有效实现不规则三维网格的纹理映射。该方法算法快速、稳定,纹理映射均匀化效果良好。

不规则网格上的曲面设计方法

提出一种在不规则网格上构造曲面的方法.其基本思想是,通过均匀双三次B样条基函数的分解和子基函数的分类,将B样条曲面方法推广到任意四边形网格.给定一个任意四边形控制网格,首先对每个控制点构造一个基函数;所有控制点加权组合形成整体曲面.构造的曲面是分片双三次有理参数多项式曲面.此方法可以看成是均匀B样条曲面构造方法的扩展,如果控制网格是规则四边形网格,那么构造得到的曲面与均匀双三次B样条曲面是一致的.最后,实例证明此方法能够有效地构造曲面.

波动方程非规则网格任意阶精度差分法正演

在波动方程正演中通常采用有限差分算法,而有限差分的计算精度又取决于所用离散网格类型及差分阶数。采用规则网格进行离散,对于倾斜界面无法避免绕射噪声,若加密网格又过度增加工作量。为此,本文提出一种非规则网格任意阶精度差分正演方法,在不增加太多计算量的前提下,达到了基本消除离散绕射噪声,提高正演精度的目的。通过两个模型试算,特别是在有倾角的反射界面处,较好地克服了由于数值离散带来的离散绕射噪声问题。

周期性瞬态导热有限元计算网格剖分规则研究

对周期性瞬态导热的半无限大物体的级数解进行了理论分析 ,结合有限元算法 ,证明了周期性瞬态导热的温度波动深度和有限元网格尺度都具有相似性 ,从而给出了保证周期性瞬态导热问题有限元求解精度的网格剖分规则 ,并应用该规则对发动机燃烧室壁进行了实例计算。

不规则游动网格的蒙特卡罗方法

本文首次提出了用于求解复杂边界水动力学问题的不规则游动网格的蒙特卡罗方法 ,给出了相应的随机游动模型及其证明 ,并通过实例计算加以验证。计算表明 ,本文方法的结果与有限元法的结果吻合很好 ,新方法是正确可行的 。

非规则网格有限体积法处理不规则边界的研究

提出用非规则网格有限体积法计算不规则边界区域的传热和流体流动问题 .分析并解决了采用此方法计算时所遇到的困难 :混合差分方案的有效实施 ,系数矩阵对角占优特性的保持以及压力修正方程的合理构造等 .最后 。