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Multi-axial unsplit frequency-shifted perfectly matched layer for displacement-based anisotropic wave simulation in infinite domain

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Earthquake Engineering and Engineering Vibration 2023年第2期22卷 407-421页

作者： Xie Zhinan zheng yonglu Paul Cristini Zhang Xubin Key Laboratory of Earthquake Engineering and Engineering Vibration Institute of Engineering MechanicsChina Earthquake AdministrationHarbin 150080China Key Laboratory of Earthquake Disaster Mitigation Ministry of Emergency ManagementHarbin 150080China Aix Marseille University CNRSCentrale MarseilleLMAMarseille F-13353France

Multi-axial perfectly matched layer(M-PML),known to have lost the perfect-matching property owing to multi-axial coordinate stretching,has been numerically validated to be long-time stable and it is thus used extensively in linear anisotropic wave simulation and in isotropic cases where the PML becomes *** are concerned with the construction of the M-PML for anisotropic wave simulation based on a second order wave equation implemented with the displacement-based numerical *** address the benefit of the incorrect chain rule,which is implicitly adopted in the previous derivation of the *** show that using the frequency-shifted stretching function improves the absorbing efficiency of the M-PML for near-grazing incident ***,through multi-axial complex-coordinate stretching the second order anisotropic wave equation in a weak form,we derive a time-domain multi-axial unsplit frequency-shifted PML(M-UFSPML)using the frequency-shifted stretching function and the incorrect chain rule.A new approach is provided to reduce the number of memory variables needed for computing convolution terms in the *** obtained M-UFSPML is well suited for implementation with a finite element or the spectral element *** providing several typical examples,we numerically verify the accuracy and long-time stability of the implementation of our M-UFSPML by utilizing the Legendre spectral element method.

关键词： computational seismology seismic anisotropy wave propagation elastodynamics

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常Q滞弹性介质地震波动数值模拟--时域本构优化逼近

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地球物理学报 2018年第10期61卷 4007-4020页

作者：谢志南郑永路章旭斌中国地震局工程力学研究所中国地震局地震工程与工程振动重点实验室哈尔滨150080

在地震波动模拟中计入常Q滞弹性阻尼,可有效降低模拟波形的误差.就时域有限差分和有限元模拟而言,常基于广义标准线性体建立阻尼介质的时域本构逼近.广义标准线性体由若干标准线性体并联得到,增加标准线性体个数能有效提高模拟精度,但... 详细信息

在地震波动模拟中计入常Q滞弹性阻尼,可有效降低模拟波形的误差.就时域有限差分和有限元模拟而言,常基于广义标准线性体建立阻尼介质的时域本构逼近.广义标准线性体由若干标准线性体并联得到,增加标准线性体个数能有效提高模拟精度,但计算量及计算存储将成倍增长.目前尚未有普适的标准线性体个数优化取值方案.本文基于广义标准线性体参数的非线性优化拟合方法,详细分析了时域本构逼近误差的影响因素,清楚揭示了逼近误差仅取决于频带宽度,与频带上下限取值无关这一特性,阐明了构建具有普适性标准线性体个数优化取值方案的可行性.论证了波形模拟精度主要取决于波传播距离与模拟波长的比值以及标准线性体的个数取值.综合考虑上述两个控制因素,结合在波动正反演问题中广为采纳的波形时频误差衡量准则,对不同Q值介质给出了标准线性体个数优化取值表.进一步,本文提出采用不同个数标准线性体以近似不同Q值的阻尼介质时域本构,解决了以往波动数值模拟中统一采用相同个数标准线性体而导致的计算量及计算存储浪费或模拟精度低下等问题,并基于数值实验验证了这一方法的精度.本文工作对推进滞弹性介质波动数值模拟及其在全波形反演问题中的应用具有理论价值和实践意义.

关键词：滞弹性地震波动模拟常Q 广义标准线性体时域本构

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弱形式时域完美匹配层——滞弹性近场波动数值模拟

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地球物理学报 2019年第8期62卷 3140-3154页

作者：谢志南郑永路章旭斌唐丽华中国地震局工程力学研究所中国地震局地震工程与工程振动重点实验室哈尔滨150080 新疆维吾尔自治区地震局乌鲁木齐830011

本文旨在构建适用于滞弹性近场时域波动有限元模拟的高精度人工边界条件:完美匹配层(Perfectly Matched Layer:PML),其中阻尼介质时域本构基于广义标准线性体建立.与以往研究不同,本文采用复坐标延拓技术变换弱形式波动方程构建了可直... 详细信息

本文旨在构建适用于滞弹性近场时域波动有限元模拟的高精度人工边界条件:完美匹配层(Perfectly Matched Layer:PML),其中阻尼介质时域本构基于广义标准线性体建立.与以往研究不同,本文采用复坐标延拓技术变换弱形式波动方程构建了可直接用有限元离散的弱形式时域PML,规避以往独立对无限域内波动方程及界面条件进行延拓可导致的PML场方程和界面条件匹配不合理引发数值失稳、计算精度低下等问题.其次,针对PML中多极点有理分式与频域函数乘积的傅里叶反变换难以计算的问题,利用PML精度对复坐标延拓函数中延拓参数微调不敏感这一特点,明确给出了参数微调准则以规避多重极点,进而利用有理分式分解给出了一种普适、简便的计算方法,极大地简化了PML计算.基于该方法可实现任意高阶PML.最后,将本文构建滞弹性PML与高阶勒让德谱元(高精度集中质量有限元)结合得到滞弹性近场波动谱元离散方案.基于算例验证了滞弹性PML的计算效率、精度及新离散方案的长持时稳定特性.新离散方案可应用于计入实际介质阻尼的地震波动正、反问题数值模拟,提高波形模拟的精度以及地下波速结构反演的精度和可靠性.

关键词：滞弹性广义标准线性体完美匹配层勒让德谱元波动模拟

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流-固耦合波动模拟及Scholte波特性研究

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自然灾害学报 2019年第3期28卷 104-111页

作者：马新生郑永路谢志南中国科学技术大学地球和空间科学学院安徽合肥230026 中国地震局工程力学研究所中国地震局地震工程与工程振动重点实验室黑龙江哈尔滨150080

基于流-固耦合波动勒让德谱元模拟方案,通过数值算例研究了流-固界面上方震源作用下Scholte波的形成机理和特性。数值结果表明,当流体中P波波速大于固体S波速时,沿流-固界面法线方向,Scholte波的幅值在流体中的衰减速率大于固体,反之则... 详细信息

基于流-固耦合波动勒让德谱元模拟方案,通过数值算例研究了流-固界面上方震源作用下Scholte波的形成机理和特性。数值结果表明,当流体中P波波速大于固体S波速时,沿流-固界面法线方向,Scholte波的幅值在流体中的衰减速率大于固体,反之则小于固体。在此基础上,初步讨论了流体震源到流-固界面的距离与Scholte波波长比值这一参数对Scholte波幅值的影响,Scholte波幅值随该比值增加呈指数衰减,对该比值大于1.5的情形,流体震源激发的Scholte波基本可以忽略不计。上述结果对深入分析海底地震动震相具有一定意义。

关键词：流-固耦合谱元 Scholte波幅值衰减

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水资源配置方案多层次可变模糊决策

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水力发电 2013年第11期39卷 11-15页

作者：万新宇郑永路河海大学水文水资源学院江苏南京210098

复杂水资源系统配置方案的多分区、多准则及多指标的层次结构,给决策者决策造成不少困难。为了适应这种结构特征,在可变模糊优化理论的基础上,提出水资源系统多层次可变模糊优化模型。模型层次结构清晰,求解过程简便,计算结果合理。研... 详细信息

复杂水资源系统配置方案的多分区、多准则及多指标的层次结构,给决策者决策造成不少困难。为了适应这种结构特征,在可变模糊优化理论的基础上,提出水资源系统多层次可变模糊优化模型。模型层次结构清晰,求解过程简便,计算结果合理。研究实例表明,该模型能够从整体和部分两个层面帮助决策者了解配置方案的优劣。与最大熵模型相比,该模型计算结果更为可信。

关键词：关键词水资源配置多分区多准则多指标多层次可变模糊优化

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某两层钢筋混凝土框架结构厂房温度作用计算分析

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建筑结构 2023年第S1期53卷 221-224页

作者：郑永路周青杨会杰中国航空规划设计研究总院有限公司北京100120

考虑到设缝结构给建筑节点做法带来的诸多问题,越来越多的建筑结构不设置伸缩缝,采用超长结构。超长结构计算时应考虑温度作用对结构的不利影响。基于弹性有限元模型,采用简化的弹性分析方法考虑混凝土徐变,即徐变应力折减系数法,同时... 详细信息

考虑到设缝结构给建筑节点做法带来的诸多问题,越来越多的建筑结构不设置伸缩缝,采用超长结构。超长结构计算时应考虑温度作用对结构的不利影响。基于弹性有限元模型,采用简化的弹性分析方法考虑混凝土徐变,即徐变应力折减系数法,同时温度作用中计入了混凝土收缩当量温差,在此基础上,分析了超长钢筋混凝土框架结构在温度作用下的内力及变形特点,并与设缝结构进行对比,给出了超长结构配筋特点及加强措施。

关键词：钢筋混凝土框架结构温度作用超长结构徐变折减系数

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离散网格中相速度、群速度概念的注记

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建筑结构 2018年第S2期48卷 332-335页

作者：马新生郑永路马完君中国科学技术大学地球和空间科学学院合肥230026 中国地震局工程力学研究所中国地震局地震工程与工程振动重点实验室哈尔滨150080

针对离散网格波动的频散分析结果表明:离散网格中波的传播规律与连续模型中波的传播规律存在显著差异。数值离散将额外引入波传播的频散及耗散误差,其中频散误差可基于离散网格中波传播的相速度以及群速度加以描述。群速度亦是描述离散... 详细信息

针对离散网格波动的频散分析结果表明:离散网格中波的传播规律与连续模型中波的传播规律存在显著差异。数值离散将额外引入波传播的频散及耗散误差,其中频散误差可基于离散网格中波传播的相速度以及群速度加以描述。群速度亦是描述离散网格中能量传播的重要概念,且被广泛应用于离散模型数值稳定性分析。基于一维双向波动模型进一步阐明离散网格中波传播的相速度及群速度概念。除证实离散模型中波包和波前的传播速度由群速度描述这一常规认识外,明确指出单频简谐波在离散网格中是以相速度传播这一概念。因此,不能未加区别地认为离散网格中波传播速度均由群速度给出。研究结果对进一步分析离散网格中的波传播规律及误差分析具有参考价值。

关键词：离散网格波动相速度群速度

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无实测资料地区设计洪水计算分析——以隰县昕水河流域为例

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水利水电工程设计 2022年第1期41卷 17-19页

作者：姜姗姗郑永路中水北方勘测设计研究有限责任公司天津300222

在水文计算工作中,经常遇到由于河流控制面积较小,或测站建成时间较短等因素影响,部分地区设计洪水计算无水文资料的问题。本次研究河段为昕水河支流,河段上无水文测站,昕水河干流大宁站控制流域面积为3992 km^(2),与研究河段控制流域... 详细信息

在水文计算工作中,经常遇到由于河流控制面积较小,或测站建成时间较短等因素影响,部分地区设计洪水计算无水文资料的问题。本次研究河段为昕水河支流,河段上无水文测站,昕水河干流大宁站控制流域面积为3992 km^(2),与研究河段控制流域面积相差较大,所以本次研究河段为无实测资料地区。设计洪水计算采用2011版《山西省水文计算手册》中推理公式法、单位线法、经验公式法3种方法计算,并对不同方法的计算成果进行对比分析。最后从计算精度及设计安全性等角度考虑,建议本流域采用推理公式法推求设计洪水。

关键词：无资料地区昕水河设计洪水方法对比

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洪泽湖多目标水量调度决策模型及其应用

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南水北调与水利科技（中英文） 2023年第2期21卷 258-266页

作者：岳浩郑永路徐斌郑祖国钟平安周佳敏张雨薇河海大学水文水资源学院南京210098 中水北方勘测设计研究有限责任公司天津300222 浙江省青田县水利局浙江丽水323900 中国雄安集团生态建设投资有限公司河北保定071700

针对洪泽湖水量利用与生态水位维持这一矛盾开展多目标水量调度决策方法研究,构建贴近适宜生态水位(生态效益)、缺水率最小、引水量最小、入湖水量改变度最小等目标的多目标调度模型,考虑生态效益目标与水资源利用目标的不可共度性及决... 详细信息

针对洪泽湖水量利用与生态水位维持这一矛盾开展多目标水量调度决策方法研究,构建贴近适宜生态水位(生态效益)、缺水率最小、引水量最小、入湖水量改变度最小等目标的多目标调度模型,考虑生态效益目标与水资源利用目标的不可共度性及决策者偏好模糊性特征,采用多目标模糊决策法从非劣解集中筛选最适宜调度方案。结果表明:多目标模型解集反映生态效益和经济社会效益的置换关系,贴近适宜生态水位的调控方式在一定程度上降低洪泽湖调蓄能力,与水资源利用形成矛盾关系;模糊决策法筛选的均衡调度策略可以有效反映决策者的偏好情况,并提供适用于不同情景的优化调度方式;生态目标优先方案通过减少供水、增加引水量、调节入湖水量等方式有效补充生态用水,可将生态水位偏离差降低至0.30 m,可为生态优先原则下的适宜调度策略制定提供参考。

关键词：适宜生态水位多目标模型水库调度模糊多目标决策模糊优选法洪泽湖

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无流量资料地区径流分析计算方法研究及应用

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水利水电工程设计 2023年第3期42卷 25-28,56页

作者：王奇郑永路陆建宇中水北方勘测设计研究有限责任公司天津300222

无流量资料地区径流分析计算一直是水利工程设计的研究重点之一。以浙江省无实测流量资料的中小河流域为研究对象,以参证流域逐日降雨、逐日流量为基础,优选模型参数,构建参证流域二水源新安江产流与线性水库汇流耦合模型,并以设计流域... 详细信息

无流量资料地区径流分析计算一直是水利工程设计的研究重点之一。以浙江省无实测流量资料的中小河流域为研究对象,以参证流域逐日降雨、逐日流量为基础,优选模型参数,构建参证流域二水源新安江产流与线性水库汇流耦合模型,并以设计流域长系列面平均逐日降水资料为输入,推求设计流域逐日径流系列。结果表明,该耦合模型具有结构简单、参数物理意义明确、计算灵活快捷、拟合精度较高等优点,可适用于浙江省无流量资料地区中小河流域径流分析计算。该研究可为后续其他无流量资料地区径流分析计算提供一定的参考。

关键词：无流量资料地区径流分析计算二水源新安江模型线性水库模型

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