一种透射边界高频失稳消除方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供一种透射边界高频失稳消除方法及装置，属于地震工程技术领域。该方法包括：根据所述波导内运动满足的P‑SV波动方程，采用有限元离散获得P‑SV波动方程的离散格式；在人工边界上设置透射边界。对透射边界采用时空外推格式离散，离散后透射边界所涉及计算节点的覆盖区域采用规则的矩形单元网格，获得多个矩形单元网格。根据所述矩形单元网格，所述P‑SV波动方程的离散格式以及所述透射边界获得单元网格限制条件。根据单元网格限制条件，建立稳定的数值模拟方案，进而得到所有离散节点上的准确的时程数据。使用该方法消除了以往因透射边界失稳而导致的数值模拟中断及数值模拟结果不准确的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及地震工程
，具体而言，涉及一种透射边界高频失稳消除方法及装置。
技术介绍
基于有限元法求解近场波动问题是诸多学科共同关注的研究课题，如地球物理、土木工程和电磁学等。该课题关键问题之一为构建人工边界条件(AbsorbingBoundaryCondition，ABC)以模拟外部无限域对计算区域内波动的影响。自20世纪60年代末来，关于ABC已进行广泛而深入的研究，发表了一系列有价值的结果。对于SH波导有限元数值模拟中透射边界引发的高频失稳问题，已经得到一定的解决。但是对于P-SV波导有限元模拟中，因P波以及S波通过P-SV波动方程耦合在一起，所以透射边界引发的高频失稳不能直接应用的现有的技术来解决。因此无法获得波导的透射边界区域的较为有效的参数。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例的目的在于提供一种高频失稳消除方法，用于改善或消除因透射边界失稳而导致的数值模拟中断及数值模拟结果不准确的问题。本专利技术实施例的目的还在于提供的一种高频失稳消除装置，用于改善或消除因透射边界失稳而导致的数值模拟中断及数值模拟结果不准确的问题。本专利技术实施例是这样实现的：一种透射边界高频失稳消除方法，应用于消除透射边界的高频失稳，包括：获取波导的密度、P波波速、S波波速以及人工边界；根据所述波导的密度、P波波速、S波波速建立波导内运动所满足的波动方程—P-SV波方程；根据所述波导内运动满足的P-SV波动方程，采用有限元离散获得P-SV波动方程的离散格式；在人工边界上设置透射边界，以吸收入射至边界上的外行波；对透射边界采用时空外推格式离散，离散后透射边界所涉及计算节点的覆盖区域采用规则的矩形单元网格，获得多个矩形单元网格；根据离散后透射边界所涉及计算节点的覆盖区域的多个所述矩形单元网格，多个所述矩形单元网格节点上对应的所述P-SV波动方程的离散格式以及所述透射边界获得单元网格限制条件；根据所述单元网格限制条件，建立稳定的数值模拟方案，获得所述透射边界计算所需节点的时程数据。优选地，所述根据离散后透射边界所涉及计算节点的覆盖区域的多个所述矩形单元网格，多个所述矩形单元网格节点上对应的所述P-SV波动方程的离散格式以及所述透射边界获得单元网格限制条件，具体包括：根据多个所述矩形单元网格以及多个所述矩形单元网格所对应的P-SV波动方程的离散格式，获得对应的P波频散曲线方程及S波频散曲线方程；根据所述透射边界，获得透射边界的P波频散曲线方程及S波频散曲线方程；根据所述P-SV波动方程的离散格式对应的波导内域的P波频散曲线方程及S波频散曲线方程和所述透射边界的P波频散曲线方程及S波频散曲线方程，采用基于GKS定理发展的稳定性分析方法，获得单元网格限制条件。优选地，，所述根据所述透射边界，获得透射边界的P波频散曲线方程及S波频散曲线方程，具体包括：根据所述透射边界，获得透射边界的离散格式；根据所述透射边界的离散格式，获得所述透射边界的P波频散曲线方程及S波频散曲线方程。优选地，根据所述波导内域的P波频散曲线方程及S波频散曲线方程和所述透射边界求解区域的P波频散曲线方程及S波频散曲线方程，获得单元网格限制条件，具体包括：使所述波导内域的P波频散曲线方程的导数大于零，即不出现相速度指向计算区域外部但群速度指向计算区域内部的P波；使所述波导内域的S波频散曲线方程的导数大于零，即不出现相速度指向计算区域外部但群速度指向计算区域内部的S波。优选地，单元网格限制条件为：其中，Δx为所述透射边界区域的单元网格的第一边长；Δy为所述透射边界区域的单元网格的第二边长；cp为P波波速，cs为S波波速。优选地，所述根据所述波导内运动满足的P-SV波动方程，采用有限元离散获得P-SV波动方程的离散格式，具体包括：对所述波导内运动满足的P-SV波动方程进行中心差分—集中质量有限元离散，得到P-SV波动方程的离散格式。优选地，所述P波和S波在透射边界求解区域的时程数据包括：位移时程、速度时程、加速度时程和应力时程。优选地，所述离散后透射边界所涉及计算节点的覆盖区域采用规则的矩形单元网格进行离散的具体方式为：采用规则的矩形双线性有限单元网格。一种高频失稳消除装置，应用于透射边界高频失稳的消除，包括：初始参数获取模块，获取波导的密度、P波波速、S波波速以及人工边界；波动方程获取模块，用于根据所述波导的密度、P波波速、S波波速建立波导内运动所满足的波动方程—P-SV波方程；波动方程离散格式获取模块，用于根据所述波导内运动满足的P-SV波动方程，采用有限元离散获得P-SV波动方程的离散格式；透射边界获取模块，用于在人工边界上设置透射边界，以吸收入射至边界上的外行波；单元网格获取模块，用于对透射边界采用时空外推格式离散，离散后透射边界所涉及计算节点的覆盖区域采用规则的矩形单元网格，获得多个矩形单元网格；网格限制条件获取模块，用于根据离散后透射边界所涉及计算节点的覆盖区域的多个所述矩形单元网格，多个所述矩形单元网格节点上对应的所述P-SV波动方程的离散格式以及所述透射边界获得单元网格限制条件；时程数据获取模块，用于根据所述单元网格限制条件，建立稳定的数值模拟方案，获得所述透射边界计算所需节点的时程数据。优选地，所述单元网格限制条件为：其中，Δx为所述透射边界区域的单元网格的第一边长；Δy为所述透射边界区域的单元网格的第二边长；cp为P波波速，cs为S波波速。本专利技术实施例提供的一种高频失稳消除方法及装置，该方法通过波导的密度、P波波速、S波波速建立波导内运动所满足的波动方程—P-SV波方程，并在人工边界上设置透射边界，以吸收入射至边界上的外行波，离散透射边界获得矩形单元网格。然后根据P-SV波动方程求取P-SV波动方程的离散格式，再根P-SV波动方程的离散格式、多个所述矩形单元网格以及透射边界得出单元网格的限制条件。然后通过该限制条件即可将改善或消除透射边界引发高频失稳问题，并得到P波和S波在整个计算区域内的准确的时程数据。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术较佳实施例提供的高频失稳消除设备的方框示意图。图2为本专利技术较佳实施例提供的一种高频失稳消除方法的流程图。图3为本专利技术较佳实施例提供的一种高频失稳消除方法的网格限制条件获取的方法的流程图。图4为本专利技术较佳实施例提供的一种高频失稳消除装置的功能模块示意图。图5为本专利技术较佳实施例提供的一种高频失稳消除装置的单元网格限制条件获取模块的功能单元示意图。图标：10-高频失稳消除设备；100-高频失稳消除装置；11-存储器；12-存储控制器；13-处理器；14-外设接口；15-输入输出单元；16-音频单元；17-显示单元；110-初始参数获取模块；120-波动方程获取模块；130-波动方程离散格式获取模块；140-透射边界获取模块；150-单元网格获取模块；160-网格限制条件获取模块；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种透射边界高频失稳消除方法，应用于消除透射边界的高频失稳，其特征在于，包括：获取波导的密度、P波波速、S波波速以及人工边界；根据所述波导的密度、P波波速、S波波速建立波导内运动所满足的波动方程—P‑SV波方程；根据所述波导内运动满足的P‑SV波动方程，采用有限元离散获得P‑SV波动方程的离散格式；在人工边界上设置透射边界，以吸收入射至边界上的外行波；对透射边界采用时空外推格式离散，离散后透射边界所涉及计算节点的覆盖区域采用规则的矩形单元网格，获得多个矩形单元网格；根据离散后透射边界所涉及计算节点的覆盖区域的多个所述矩形单元网格，多个所述矩形单元网格节点上对应的所述P‑SV波动方程的离散格式以及所述透射边界获得单元网格限制条件；根据所述单元网格限制条件，建立稳定的数值模拟方案，获得所述透射边界计算所需节点的时程数据。

【技术特征摘要】
1.一种透射边界高频失稳消除方法，应用于消除透射边界的高频失稳，其特征在于，包括：获取波导的密度、P波波速、S波波速以及人工边界；根据所述波导的密度、P波波速、S波波速建立波导内运动所满足的波动方程—P-SV波方程；根据所述波导内运动满足的P-SV波动方程，采用有限元离散获得P-SV波动方程的离散格式；在人工边界上设置透射边界，以吸收入射至边界上的外行波；对透射边界采用时空外推格式离散，离散后透射边界所涉及计算节点的覆盖区域采用规则的矩形单元网格，获得多个矩形单元网格；根据离散后透射边界所涉及计算节点的覆盖区域的多个所述矩形单元网格，多个所述矩形单元网格节点上对应的所述P-SV波动方程的离散格式以及所述透射边界获得单元网格限制条件；根据所述单元网格限制条件，建立稳定的数值模拟方案，获得所述透射边界计算所需节点的时程数据。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据离散后透射边界所涉及计算节点的覆盖区域的多个所述矩形单元网格，多个所述矩形单元网格节点上对应的所述P-SV波动方程的离散格式以及所述透射边界获得单元网格限制条件，具体包括：根据多个所述矩形单元网格以及多个所述矩形单元网格所对应的P-SV波动方程的离散格式，获得对应的P波频散曲线方程及S波频散曲线方程；根据所述透射边界，获得透射边界的P波频散曲线方程及S波频散曲线方程；根据所述P-SV波动方程的离散格式对应的波导内域的P波频散曲线方程及S波频散曲线方程和所述透射边界的P波频散曲线方程及S波频散曲线方程，采用基于GKS定理发展的稳定性分析方法，获得单元网格限制条件。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述透射边界，获得透射边界的P波频散曲线方程及S波频散曲线方程，具体包括：根据所述透射边界，获得透射边界的离散格式；根据所述透射边界的离散格式，获得所述透射边界的P波频散曲线方程及S波频散曲线方程。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述波导内域的P波频散曲线方程及S波频散曲线方程和所述透射边界求解区域的P波频散曲线方程及S波频散曲线方程，获得单元网格限制条件，具体包括：使所述波导内域的P波频散曲线方程的导数大于零，即不出现相速度指向计算区域外部但群速度指向计算区域内部的P波；使所述波导内...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢志南，章旭斌，马新生，
申请(专利权)人：中国地震局工程力学研究所，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23