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Application of perfectly matched layer to soil-foundation interaction analysis 被引量:1
1
作者 Mohammad Davoodi Abbas Pourdeilami +1 位作者 Hosein Jahankhah Mohammad Kazem Jafari 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2018年第4期753-768,共16页
Despite of the limitation in modeling infinite space, the finite element method(FEM) is one of the most used tools to numerically study the geotechnical problems regarding the capacity of simulating different geometri... Despite of the limitation in modeling infinite space, the finite element method(FEM) is one of the most used tools to numerically study the geotechnical problems regarding the capacity of simulating different geometries, conditions and material behaviors. A kind of absorbing layer named perfectly matched layer(PML) has been applied to modeling the radiation damping using FEM, which makes the dynamic analysis of soil-structure interaction more accurate. The PML is capable of absorbing incident waves under any angle and frequency, ensuring them to pass through the model boundaries without reflection.In this context, a new FEM program has been written and the PML formula has been implemented by rewriting the dynamic equation of motion and deriving new properties for the quadrilateral elements.The analysis of soil-foundation interaction by applying the PML is validated by the evaluation of impedance/compliance functions for different ground conditions. The results obtained from the PML model match the extended mesh results, even though the domain is small enough that other types of absorbing boundaries can reflect waves back to the foundation. The mechanism of the wave propagation in the region shows that the forced vibrations can be fully absorbed and damped by the boundaries surrounded by PMLs which is the role of radiation damping in FEM modeling. 展开更多
关键词 perfectly matched layer (pml) Finite element method (FEM) Wave propagation Impedance/compliance
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基于ADI-FDTD法的探地雷达正演数值模拟及验证
2
作者 曾良生 迟耀丹 +1 位作者 周庆才 衣淼 《吉林建筑大学学报》 CAS 2024年第1期48-55,共8页
探地雷达(GPR)是一种应用前景广泛、用于探测和定位地下物体的浅层地球物理方法。通过开展探地雷达正演模拟研究,可以获得复杂地下结构的探地雷达图像回波特征。时域有限差分(FDTD)法受到稳定性和收敛性条件的限制,导致效率和精度低。... 探地雷达(GPR)是一种应用前景广泛、用于探测和定位地下物体的浅层地球物理方法。通过开展探地雷达正演模拟研究,可以获得复杂地下结构的探地雷达图像回波特征。时域有限差分(FDTD)法受到稳定性和收敛性条件的限制,导致效率和精度低。交替方向隐式-时域有限差分(ADI-FDTD)法克服FDTD法的稳定性限制,可以选择更大的时间步长来提高计算效率。从原理出发,对ADI-FDTD法进行公式推导,在基于ADI-FDTD法的基础上进行卷积完全匹配层(CPML)的结合。通过进行ADI-FDTD法的时间稳定性仿真和不同材质、不同填充介质的双管,沙槽正演模拟实验,结果表明,ADI-FDTD法可以保证时间无条件稳定性,相同情况下可采用更大的时间步长进行正演模拟,提高正演效率。对不同管线、不同材质情况下的正演剖面曲线特征进行解译分析,最后与沙槽实测进行对比,证明得到的探测解译结果与实际状况达到较好的吻合。 展开更多
关键词 探地雷达(GPR) 正演模拟 无条件稳定 卷积完全匹配层(Cpml) 交替方向隐式-时域有限差分(adi-fdtd)法
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PML-FDTD法在分析负折射率材料中的应用 被引量:6
3
作者 宋磊 李康 +3 位作者 孔繁敏 庄桥 杨光杰 梅良模 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第8期1422-1425,共4页
将时域有限差分(FDTD)法引入了对负折射率材料物理现象的仿真研究.给出了二维TM波在负折射率材料中的时域差分方程,并且在吸收边界处使用了理想匹配层(PML).为了避免在迭代过程中出现的不稳定现象,在差分方程的推导中引入了Drude模型,并... 将时域有限差分(FDTD)法引入了对负折射率材料物理现象的仿真研究.给出了二维TM波在负折射率材料中的时域差分方程,并且在吸收边界处使用了理想匹配层(PML).为了避免在迭代过程中出现的不稳定现象,在差分方程的推导中引入了Drude模型,并对Pendry提出的由负折射率材料构成的平板透镜具有的完美成像现象进行了数值仿真验证.由仿真结果发现,完美成像现象只在平板透镜的折射率n=-1时出现,当n≠-1时则会出现近轴聚焦效应. 展开更多
关键词 负折射率材料(DNG) 时域有限差分(fdtd)法 理想匹配层(pml) Drude模型
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一种适用于ADI-FDTD法的非分裂式完全匹配层 被引量:1
4
作者 刘波 高本庆 金林 《微波学报》 CSCD 北大核心 2005年第3期1-4,共4页
基于FDTD法中场量D-H(电位移矢量-磁场强度)迭代公式,导出了适用于AD I-FDTD法的场量非分裂式完全匹配层(PML)的实现方案,与现有的其它AD I-FDTD法的PML技术相比,具有物理概念清晰、易于操作并节省计算机资源的优点。数值结果证明:该PM... 基于FDTD法中场量D-H(电位移矢量-磁场强度)迭代公式,导出了适用于AD I-FDTD法的场量非分裂式完全匹配层(PML)的实现方案,与现有的其它AD I-FDTD法的PML技术相比,具有物理概念清晰、易于操作并节省计算机资源的优点。数值结果证明:该PML技术能有效地解决吸收边界的问题,为AD I-FDTD法的发展与推广应用提供了条件。 展开更多
关键词 fdtd 完全匹配层 分裂 适用 电位移矢量 计算机资源 迭代公式 磁场强度 实现方案 物理概念 吸收边界 数值结果 推广应用 pml 场量 技术
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Analysis and FDTD Simulation of a Perfectly Matched Layer for the Drude Metamaterial
5
作者 Jichun Li Li Zhu 《Annals of Applied Mathematics》 2022年第2期159-182,共24页
In this paper,we are concerned about the stability analysis for a Perfectly Matched Layer(PML)recently developed by Becache et al.[5]for simulating wave propagation in the Drude metamaterial.This PML is proved to be s... In this paper,we are concerned about the stability analysis for a Perfectly Matched Layer(PML)recently developed by Becache et al.[5]for simulating wave propagation in the Drude metamaterial.This PML is proved to be stable originally in[6]through a modal analysis.Here we establish its stability by the energy method.A FDTD scheme is developed and analyzed.Numerical simulations illustrate the stability of the PML model and its effectiveness in absorbing outgoing waves in the Drude medium. 展开更多
关键词 Maxwell’s equations perfectly matched layer fdtd method
原文传递
FDTD-PML方法在柱形散射体总场计算中的应用
6
作者 齐娜 宋祖勋 《飞行器测控学报》 2008年第3期28-30,共3页
利用时域有限差分(FDTD)方法,结合理想匹配层(PML)吸收边界条件,对无限长柱形散射体的总场计算进行分析并得出数值解。证明了该方法在散射体总场计算中的实用性和有效性,并在此基础上给出了不同入射波源及PML参数对计算结果的影响。
关键词 总场计算 时域有限差分 理想匹配层
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Comparison of Finite Difference and Mixed Finite Element Methods for Perfectly Matched Layer Models
7
作者 V.A.Bokil M.W.Buksas 《Communications in Computational Physics》 SCIE 2007年第4期806-826,共21页
We consider the anisotropic uniaxial formulation of the perfectly matched layer(UPML)model for Maxwell’s equations in the time domain.We present and analyze a mixed finite element method for the discretization of the... We consider the anisotropic uniaxial formulation of the perfectly matched layer(UPML)model for Maxwell’s equations in the time domain.We present and analyze a mixed finite element method for the discretization of the UPML in the time domain to simulate wave propagation on unbounded domains in two dimensions.On rectangles the spatial discretization uses bilinear finite elements for the electric field and the lowest order Raviart-Thomas divergence conforming elements for the magnetic field.We use a centered finite difference method for the time discretization.We compare the finite element technique presented to the finite difference time domain method(FDTD)via a numerical reflection coefficient analysis.We derive the numerical reflection coefficient for the case of a semi-infinite PML layer to show consistency between the numerical and continuous models,and in the case of a finite PML to study the effects of terminating the absorbing layer.Finally,we demonstrate the effectiveness of the mixed finite element scheme for the UPML by a numerical example and provide comparisons with the split field PML discretized by the FDTD method.In conclusion,we observe that the mixed finite element scheme for the UPML model has absorbing properties that are comparable to the FDTD method. 展开更多
关键词 perfectly matched layers mixed finite element methods fdtd Maxwell’s equations.
原文传递
一种FDTD主网格和UPML边界电磁场通式算法
8
作者 罗虎 宋大杰 《光电技术应用》 2020年第5期69-76,共8页
对于传统FDTD算法,采用UPML吸收边界时,边界区域与主网格区域的电磁场差分计算格式不同,给算法实现造成一定困扰。提出一种通式算法,通过待定系数法推导了完整计算区域内均可采用的电磁场差分计算通式。在三维直角坐标系下,针对截断导... 对于传统FDTD算法,采用UPML吸收边界时,边界区域与主网格区域的电磁场差分计算格式不同,给算法实现造成一定困扰。提出一种通式算法,通过待定系数法推导了完整计算区域内均可采用的电磁场差分计算通式。在三维直角坐标系下,针对截断导电介质、绝缘介质两种情形,分别开展了数值计算验证。结果表明,该算法边界吸收效果良好,计算结果可靠。所提出的通式算法,降低了UPML-FDTD实现难度,适用于截断绝缘介质、导电介质。 展开更多
关键词 fdtd Upml 通式 待定系数法 电磁场
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完全匹配层(PML)吸收边界条件的理论分析 被引量:9
9
作者 陈彬 方大纲 陈晓明 《微波学报》 CSCD 北大核心 1996年第2期109-115,共7页
本文以屏蔽微带线为例,应用谱域方法推导了时域差分(FDTD)法中所用的完全匹配层(PML)吸收边界条件的公式,并且严格证明了有关参数的选择原则.计算表明,在屏蔽微带线中,这种吸收边界条件的反射系数可以小于-80dB.本文所给出的推导方法对... 本文以屏蔽微带线为例,应用谱域方法推导了时域差分(FDTD)法中所用的完全匹配层(PML)吸收边界条件的公式,并且严格证明了有关参数的选择原则.计算表明,在屏蔽微带线中,这种吸收边界条件的反射系数可以小于-80dB.本文所给出的推导方法对于平面分层介质结构是普遍适用的,因为谱域中的每一个波谱实际上都代表一个平面波.文中所给出的推导揭示了这种吸收边界条件的机理,它对于正确使用以及进一步改进这种吸收边界条件都是有意义的. 展开更多
关键词 fdtd 完全匹配层 吸收边界条件 电磁波传播
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微带阵列互耦的时域有限差分法(FDTD)仿真 被引量:3
10
作者 郭陈江 王小平 +2 位作者 丁君 王一笑 于海洋 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第3期680-683,共4页
在微带阵列天线中,贴片间的耦合是阵列性能下降的一个重要原因,对互耦进行正确的评估、计算,有助于深入了解阵列特性并指导设计工作。采用时域有限差分(FDTD)法计算微带贴片间的互耦系数,其中采用非均匀网格对天线进行网格剖分,并引入... 在微带阵列天线中,贴片间的耦合是阵列性能下降的一个重要原因,对互耦进行正确的评估、计算,有助于深入了解阵列特性并指导设计工作。采用时域有限差分(FDTD)法计算微带贴片间的互耦系数,其中采用非均匀网格对天线进行网格剖分,并引入了电阻性电压源,在保证计算精度的前提下,大大节省了计算空间和计算机时间。利用N端口网络知识通过简单计算即可得到互耦系数,与传统方法相比降低了计算、编程难度,计算结果与矩量法及测量结果基本一致。 展开更多
关键词 微带天线 时域有限差分 互耦 完全匹配层
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T型微带线间串扰问题的FDTD分析与抑制 被引量:4
11
作者 严冬 孙力 +1 位作者 孙亚秀 姜保军 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2007年第9期2283-2286,共4页
T型微带线的串扰是高速电路信号完整性问题中的重要组成部分。采用PML(Perfectly Matched Layer)-FDTD方法首次对T型微带线间的串扰问题进行全波分析,并给出抑制串扰的具体措施。PML-FDTD仿真结果表明,不同的改进结构参数对串扰的影响不... T型微带线的串扰是高速电路信号完整性问题中的重要组成部分。采用PML(Perfectly Matched Layer)-FDTD方法首次对T型微带线间的串扰问题进行全波分析,并给出抑制串扰的具体措施。PML-FDTD仿真结果表明,不同的改进结构参数对串扰的影响不同:(1)开口距离S越大线间串扰越小,最多减小10dB;(2)开口角度α越小线间串扰越小,减小幅度最多达14dB。由此得出,在T型微带线上开三角形口,通过改变开口距离S和开口角度α可实现对邻近微带线串扰的有效抑制。 展开更多
关键词 时域有限差分法 微带线 串扰 完全匹配层
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有耗色散地质介质中电磁波传播特性的FDTD计算分析 被引量:3
12
作者 郭江 曹俊兴 何晓燕 《成都理工大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2010年第1期96-102,共7页
介绍一种基于三维时域有限差分法(FDTD)的有耗色散地质介质中电磁波传播特性数值分析方法。通过将色散介质本构关系和场量关系直接变换为时域微分方程的方法,导出了适用于一般色散介质中电磁场分析的时域有限差分法计算公式,并将完全匹... 介绍一种基于三维时域有限差分法(FDTD)的有耗色散地质介质中电磁波传播特性数值分析方法。通过将色散介质本构关系和场量关系直接变换为时域微分方程的方法,导出了适用于一般色散介质中电磁场分析的时域有限差分法计算公式,并将完全匹配层(PML)吸收边界融入了FDTD计算格式。通过计算分析了介质色散对电磁波场传播的影响,观测到介质色散会导致电磁脉冲在传播中波形展宽、位相滞后、幅度减小。因此,电磁探测数据的处理解释应将介质的色散影响纳入考虑。 展开更多
关键词 时域有限差分法(fdtd) 色散介质 完全匹配层(pml) 各向异性pml吸收边界
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一般各向异性介质中的改进完全匹配层(MPML) 被引量:1
13
作者 陈彬 方大纲 高成 《南京理工大学学报》 EI CAS CSCD 1997年第5期453-456,共4页
该文提出了一般各向异性介质中的改进完全匹配层(MPML),导出了各向异性介质中的MPML完全匹配条件,数值计算的结果证明了方法的有效性,并表明各向异性媒质中,MPML吸收层在吸收凋落波方面比PML更有效。
关键词 fdtd 完全匹配层 各向异性介质 微带电路
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组合式非周期缺陷接地结构中FDTD应用研究
14
作者 王雷 丁荣林 +5 位作者 王安国 金涛斌 辛文莉 李增路 何庆国 乐柏林 《固体电子学研究与进展》 CAS CSCD 北大核心 2005年第2期190-197,共8页
组合式非周期缺陷接地结构(CNPDGS)是从光子带隙结构发展而来的,它是在微波电路的金属接地平面上人为地蚀刻出非周期性的“缺陷”,改变接地电流的分布,从而改变传输线的频率特性。与光子带隙结构(PBG)一样,具有明显的禁带特性。文中利... 组合式非周期缺陷接地结构(CNPDGS)是从光子带隙结构发展而来的,它是在微波电路的金属接地平面上人为地蚀刻出非周期性的“缺陷”,改变接地电流的分布,从而改变传输线的频率特性。与光子带隙结构(PBG)一样,具有明显的禁带特性。文中利用时域有限差分法(FDTD)研究了由CNPDGS结构构成低通滤波器的频率特性,并在此基础上研制了带宽可调节的低通滤波器,测量结果与数值分析一致性很好,进一步验证了FDTD分析的正确性,CNPDGS低通滤波器的研制,为该类型滤波器的设计提供了依据。最后讨论了FDTD方法中完全匹配层(PML)对电路特性分析的影响,给出了电路特性随PML层数变化的曲线。这对FDTD法分析缺陷接地结构时PML的选取具有一定的参考价值。 展开更多
关键词 时域有限差分法 组合式非周期缺陷接地结构 低通滤波器 完全匹配层
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基于移位算子方法的通用介质CFS-PML实现
15
作者 张玉强 葛德彪 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2010年第11期2332-2335,共4页
针对通用色散介质时域有限差分方法计算时完全匹配层吸收边界截断的问题,提出了一种新颖的复频率完全匹配层实现方法。该方法从拉伸坐标系的麦克斯韦旋度方程出发,首先利用移位算子方法得到拉伸坐标张量系数的移位算子表示式,进而得到... 针对通用色散介质时域有限差分方法计算时完全匹配层吸收边界截断的问题,提出了一种新颖的复频率完全匹配层实现方法。该方法从拉伸坐标系的麦克斯韦旋度方程出发,首先利用移位算子方法得到拉伸坐标张量系数的移位算子表示式,进而得到完全匹配层的时域有限差分更新公式。该公式与计算区域内的介质无关,可用于通用介质情况。数值计算结果表明,所得吸收边界在内存占用、计算时间、应用场合等方面均表现出色,且推导简单,概念明确。 展开更多
关键词 色散介质 时域有限差分方法 移位算子 复频率参数完全匹配层
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基于FDTD的孔缝金属箱屏蔽效能分析 被引量:4
16
作者 张绍雄 许志红 钱祖平 《解放军理工大学学报(自然科学版)》 EI 2007年第4期324-327,共4页
为了分析与解决复杂平台上的天线与其周围指挥舱等金属结构之间的电磁干扰问题,以期将天线对指挥舱内的电子设备的干扰降到最小。应用时域有限差分算法计算了2根振子天线辐射下带孔缝金属箱子的屏蔽效能。通过计算金属箱内部一点的电场... 为了分析与解决复杂平台上的天线与其周围指挥舱等金属结构之间的电磁干扰问题,以期将天线对指挥舱内的电子设备的干扰降到最小。应用时域有限差分算法计算了2根振子天线辐射下带孔缝金属箱子的屏蔽效能。通过计算金属箱内部一点的电场强度和频谱特性,研究了形状不同、尺寸不同、面积相同和数目不同等窗口状态对带孔缝金属箱的屏蔽效能的影响,得出了提高带孔缝金属箱的屏蔽效能的一些方法手段。能有效解决工作于车、船和飞机等复杂电磁环境的天线干扰其周围指挥舱等金属结构内电子设备的电磁问题。 展开更多
关键词 时域有限差分法 完全匹配层 谐振 电磁兼容 屏蔽效能
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再辐射边界条件在FDTD中的应用 被引量:3
17
作者 陈锋 赵惠玲 张海霞 《计算机仿真》 CSCD 北大核心 2010年第2期348-351,共4页
目前的吸收边界条件存在编程复杂,占有内存空间与计算量过大等缺点。再辐射边界条件通过在截断边界处引入与入射波等效电磁流符号相反的源,使得穿过边界的电磁场得到有效的衰减。与传统的吸收边界条件相比,再辐射边界条件具有吸收性能优... 目前的吸收边界条件存在编程复杂,占有内存空间与计算量过大等缺点。再辐射边界条件通过在截断边界处引入与入射波等效电磁流符号相反的源,使得穿过边界的电磁场得到有效的衰减。与传统的吸收边界条件相比,再辐射边界条件具有吸收性能优越,设计思路清晰,编程简单,内存占有少,计算时间短的优点。推导了在离散网格中再辐射边界的反射系数与时间及空间步长的关系,通过时域有限差分方法(FDTD)进行了验证,与理论值基本相符。 展开更多
关键词 再辐射边界条件 各向异性完全匹配层 惠更斯表面 时域有限差分方法
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Exponential time differencing based efficient SC-PML for RCS simulation 被引量:3
18
作者 NIU Liqiang XIE Yongjun +1 位作者 JIANG Haolin WU Peiyu 《Journal of Systems Engineering and Electronics》 SCIE EI CSCD 2020年第4期703-711,共9页
To efficiently simulate and calculate the radar cross section(RCS) related electromagnetic problems by employing the finite-difference time-domain(FDTD) algorithm, an efficient stretched coordinate perfectly matched l... To efficiently simulate and calculate the radar cross section(RCS) related electromagnetic problems by employing the finite-difference time-domain(FDTD) algorithm, an efficient stretched coordinate perfectly matched layer(ESC-PML) based upon the exponential time differencing(ETD) method is proposed.The proposed implementation can not only reduce the number of auxiliary variables in the SC-PML regions but also maintain the ability of the original SC-PML in terms of the absorbing performance. Compared with the other existed algorithms, the ETDFDTD method shows the least memory consumption resulting in the computational efficiency. The effectiveness and efficiency of the proposed ESC-PML scheme is verified through the RCS relevant problems including the perfect E conductor(PEC) sphere model and the patch antenna model. The results indicate that the proposed scheme has the advantages of the ETD-FDTD method and ESC-PML scheme in terms of high computational efficiency and considerable computational accuracy. 展开更多
关键词 exponential time differencing(ETD) efficient stretched coordinate(ESC) finite-difference time-domain(fdtd) perfectly matched layer(pml) radar cross section(RCS)
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PML在声波方程间断有限元计算中的应用 被引量:1
19
作者 翟宇文 马广彬 +1 位作者 田小强 董兴蒙 《电声技术》 2023年第4期20-22,共3页
在模拟声波在无限空间中的传播时,标准完美匹配层(Perfect Matched Layer,PML)对于一阶偏微分方程而言简单直接。将PML引入到二维声波方程的间断有限元计算中,在二维声波一阶方程组中引入PML边界条件,然后将带PML边界的方程组整理成适... 在模拟声波在无限空间中的传播时,标准完美匹配层(Perfect Matched Layer,PML)对于一阶偏微分方程而言简单直接。将PML引入到二维声波方程的间断有限元计算中,在二维声波一阶方程组中引入PML边界条件,然后将带PML边界的方程组整理成适用于间断Galerkin(Discontinuous Galerkin,DG)求解的双曲守恒形式,并用DG进行计算。数值结果表明,PML能有效吸收介质中的声波,极大地衰减进入其中的声场能量,实现了良好的吸收效果。 展开更多
关键词 完美匹配层(pml) 间断有限元 声波方程
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Unconditionally stable Crank-Nicolson algorithm with enhanced absorption for rotationally symmetric multi-scale problems in anisotropic magnetized plasma
20
作者 WEN Yi WANG Junxiang XU Hongbing 《Journal of Systems Engineering and Electronics》 SCIE EI CSCD 2024年第1期65-73,共9页
Large calculation error can be formed by directly employing the conventional Yee’s grid to curve surfaces.In order to alleviate such condition,unconditionally stable CrankNicolson Douglas-Gunn(CNDG)algorithm with is ... Large calculation error can be formed by directly employing the conventional Yee’s grid to curve surfaces.In order to alleviate such condition,unconditionally stable CrankNicolson Douglas-Gunn(CNDG)algorithm with is proposed for rotationally symmetric multi-scale problems in anisotropic magnetized plasma.Within the CNDG algorithm,an alternative scheme for the simulation of anisotropic plasma is proposed in body-of-revolution domains.Convolutional perfectly matched layer(CPML)formulation is proposed to efficiently solve the open region problems.Numerical example is carried out for the illustration of effectiveness including the efficiency,resources,and absorption.Through the results,it can be concluded that the proposed scheme shows considerable performance during the simulation. 展开更多
关键词 anisotropic magnetized plasma body-of-revolution(BOR) Crank-Nicolson Douglas-Gunn(CNDG) finite-difference time-domain(fdtd) perfectly matched layer(pml) rotationally symmetric multi-scale problems
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