一维波动有限元模拟中透射边界的时域稳定条件
Time-domain Stability Conditions of Multi-transmitting Formula in One-dimensional Finite-element Simulation of Wave Motion作者机构：中国地震局地球物理研究所北京100081 南京工业大学土木工程学院江苏南京211816 北京工业大学建筑工程学院北京100124
出 版 物：《应用基础与工程科学学报》 (Journal of Basic Science and Engineering)
年 卷 期：2021年第29卷第3期
页 面：617-632页
核心收录：
学科分类：08[工学] 080104[工学-工程力学] 0815[工学-水利工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）]
基 金：国家自然科学基金面上项目(51478222,51278245) 国家重点研发计划(2017YFC1500400) 中国地震局地球物理研究所基本科研业务费专项(DQJB18B22)
主 题：透射边界 时域稳定条件 人工波速 数值计算格式 位移型人工边界 波动有限元模拟
摘 要：多次透射边界是近场波动数值模拟的一种重要人工边界条件,但其数值稳定性问题一直是致力于解决的关键问题,同时亦是研究难点.本文提出了透射边界时域稳定条件的概念,从透射边界时域计算参数方面界定边界稳定性特征.基于空间插值模式讨论了波动有限元模拟中透射边界可能采用的数值计算格式,进而根据频域反射系数和反射放大失稳准则导出明确的透射边界时域稳定条件.定量地研究了一阶和高阶透射边界不同数值计算格式下人工波速取值和透射阶次对边界稳定性的影响,结果显示人工波速取值远超过介质物理波速或高阶边界选择了不恰当的数值计算格式是导致边界失稳的重要原因.将透射边界和经典的Clayton-Engquist边界、Higdon边界等统一归结为位移型人工边界范畴,其中透射边界具有可调人工波速和不同透射阶次的参数配置,概括了这类边界的基本特征.提出借鉴经典位移型人工边界的研究成果如箱型计算格式、纵横波速比限值、调整边界表达形式等,来改善透射边界时域稳定性的建议.
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