预条件共轭梯度法在频域有限差分法分析二维柱体电磁散射问题中的应用

本文引入预条件共轭梯度法，提出了结合频域有限差分法结合分析二维柱体的电磁散射问题，数值计算过程中利用Mur二阶吸收边界条件和场平均吸收条件截断网格。作为算例，文中分析了一无限长理想导体柱对平面电磁波的散射，由于使用了预条件共轭梯度法求解差分矩阵方程，从而减少了计算时间。数值结果表明了该方法的有效性。     

基于波场分解重建多个散射体的数值方法与模拟

研究了重建多个散射体的逆散射问题。利用波场分解的思想,首先给出了一种基于单层位势实现散射波和远场模式分解的算法,将多个不可穿透的散射体产生的远场模式,分解成与散射体个数对应的多个远场数据;然后,利用组合牛顿法给出了数值方法,把分解后得到的远场数据逐个重建多个散射体边界;最后,通过数值模拟验证了该算法的可行性。     

基于波场分解重建多个散射体的数值方法与模拟

研究了重建多个散射体的逆散射问题。利用波场分解的思想,首先给出了一种基于单层位势实现散射波和远场模式分解的算法,将多个不可穿透的散射体产生的远场模式,分解成与散射体个数对应的多个远场数据;然后,利用组合牛顿法给出了数值方法,把分解后得到的远场数据逐个重建多个散射体边界;最后,通过数值模拟验证了该算法的可行性。     

浅埋相邻多个圆形衬砌与SH波的相互作用

利用SH波散射的对称性与多极坐标法,构造了一个可以满足水平地面上应力自由边界条件的浅埋相邻多圆形衬砌对SH波散射的波函数。利用此波函数,将半空间的问题转化成对全空间中的相邻多圆形衬砌的散射问题的求解。该问题又可归结为对一组无穷代数方程组的求解问题,并可利用截断有限项的方法对其进行计算。作为算例,检验了截断计算的精度,给出了当稳态SH波入射时有关浅埋相邻二个圆形衬砌的动应力集中问题的数值结果, 并予以了讨论。     

浅埋相邻多个圆形衬砌与SH波的相互作用

利用SH波散射的对称性与多极坐标法,构造了一个可以满足水平地面上应力自由边界条件的浅埋相邻多圆形衬砌对SH波散射的波函数.利用此波函数,将半空间的问题转化成对全空间中的相邻多圆形衬砌的散射问题的求解.该问题又可归结为对一组无穷代数方程组的求解问题,并可利用截断有限项的方法对其进行计算.作为算例,检验了截断计算的精度,给出了当稳态SH波入射时有关浅埋相邻二个圆形衬砌的动应力集中问题的数值结果,并予以了讨论.     

粗糙海面与上方多目标瞬态电磁散射混合算法

为了提高时域算法的计算效率,提出了求解一维导体粗糙海面与其上方多目标复合电磁散射的时域混合算法．该算法将时域积分方程与时域基尔霍夫近似算法相结合,多目标散射以及目标之间的耦合散射通过时域积分方程精确求解,粗糙海面瞬态散射采用时域基尔霍夫算法近似求解．考虑到目标与粗糙面之间的耦合作用,建立了求解粗糙海面与其上方多目标复合瞬态散射的矩阵方程．通过与传统时域积分方程方法比较,表明混合算法既能保证数值结果精度,又能大大提高数值计算效率．     

四波混频及多级散射

本文实验研究了吸收介质中的简并及二重简并四波混频,得到了前向和后向多级散射,实验结果和理论预测相符合。     

一种三维复杂介质波前时间的高精度数值算法

基于水平集的波前扩展算法,如FMM(Fast Marching Method)、GMM(Group Marching Method),作为一类计算复杂介质波前时间的有效方法而被广泛使用.该类算法都是基于程函方程的有限差分格式来计算波传播时间,在介质离散单元尺寸较大的情况下,计算精度较低.为提高波前时间的计算精度,在一个长方体单元内,将任意点的波传播时间用已知节点上波前时间的插值函数表示,然后根据Fermat原理确定未知节点上的波前时间,再结合高效率的GMM算法,形成了一种计算三维复杂介质波前时间的有效算法.数值模拟实验表明,与原GMM算法相比,该算法大大提高了波前时间的计算精度,同时具有很强的稳定性和适应性.     

Pekeris波导中近程声场数值算法

对Pekeris波导中近程声场进行了波动理论分析并设计了数值算法。重点分析声场的侧面波部分,并设计了解析解和数值解相结合的算法,大大提高了侧面波的计算精度,对于简正波,运用高效数值方法解频散方程,提高了简正波的计算精确和速度,海试结果与理论预报较为一致,证明了所讨论算法的正确性,理论与海试结果表明,侧面波在近距离及深海中等距离是不可忽略的,最后将声场波动模型与射线模型进行了对比,二者符合较好,讨论的方法在预报近程声场方面有特色。     

高精度地震散射波数值模拟

随着地震勘探要求和技术的不断提高,散射波地震勘探方法逐渐引起人们的重视,尤其在具有广角性质的工程地震勘探中,基于非均匀介质理论的散射波理论具有广泛的应用前景。本文在讨论了现阶段几种散射波数值模拟方法的各种利弊后,设计了一种基于微扰论的FK域积分法,该方法求取总场后再通过FK域积分法求取散射场,在散射场的二次震源和空间能量衰减处理两方面做了改进,散射场的计算精度和效率均得到了提高。     

A generalized theory on the penetrating boundary conditions

A generalized formula for penetrating boundary conditions is derived based on the Z-transform. The well-known absorbing boundary conditions (ABCs), such as the Mur's ABC, and Liao's ABC, can be deduced from the formula. Furthermore, some new ABCs can also be deduced from it. The stability of these ABCs are demonstrated via Von Neumann method and their validity is verified by numerical examples.     

二维磁等离子体目标FDTD分析的移位算子方法

采用移位算子(SO)方法把时域有限差分(FDTD)法推广应用于二维磁化等离子体中.证明电磁波横向入射二维轴向磁化等离子体目标情形下,电磁波可按目标的轴向分解为横电波(TE波)和横磁波(TM波),而且TM波的散射特性与外磁场无关,而TE波的散射特性与介质电磁参数密切相关,同时对其物理原因进行了分析.采用SO方法处理磁化等离子体频域本构关系,得到该情形下目标电磁散射的SO-FDTD迭代计算公式.计算了轴向磁化等离子体涂敷Von Karm an型导体柱的TE波双站雷达散射截面(RCS),分析了涂层厚度以及等离子体参数对其双站RCS的影响.结果表明,恰当地选择等离子体参数能有效地减少目标在一定散射角范围内的RCS.     

边界元计算内外声场耦合及流体目标声散射

为研究水下目标的耦合声散射问题,将声类比边界元技术应用于内声场、并考虑流体目标内外声场的耦合,建立了水下运动流体目标声散射的物理模型和数值方法．对于长圆柱和旋转椭球外型的流体目标,给出了几组声散射数值仿真结果,并和解析方法（变形圆柱法）的结果进行比较;比较结果的一致验证了该方法的正确性和有效性．该方法能够研究任意声波入射条件下复杂外形运动流体目标内外声场的耦合,结合结构的有限元描述,该方法将用于水下弹性结构的声耦合响应分析．     

第3类边界条件下的电磁差分方法

研究了电磁散射中的无限域问题转化为有限域的基本思想,同时给出了ＴＭ波入射时二维理想导体柱散射下闭合面上的精确第３类边界条件,并利用该条件导得的差分方程计算了数值实例．与ＭＥＩ方法进行了对比,指出ＭＥＩ方法中的第３假设值得商榷．     

各向异性两层圆柱的电磁散射

该文分析了自由空间中平面波激励下各向异性两层圆柱的二维电磁散射特性。在各向异性媒质波函数理论的基础上,求出均匀各向异性媒质圆柱各区域内的电磁场的解,该解是由一系列本征函数累加求和得到的。利用电场和磁场在介质表面的连续性建立边界方程,从而求出散射参数,最后再根据求得的散射参数求出各向异性两层圆柱的雷达散射截面。     

声软障碍在两层介质中声波散射问题的数值解

讨论了二维空间中不可穿透障碍在分层介质中声波散射问题的数值解法.利用位势理论将其转化为边界积分方程组,再采用Nystrom法离散求解,最后对不同形状的边界给出数值算法及算例以验证其可行性与有效性.     

界面点源和半圆柱在直角域中的反平面散射

为得到直角域中垂直边界上的半圆柱对点源载荷的反平面弹性动力学解析解,按照镜像方法和波函数展开法,研究了点源对半圆柱的稳态散射以及其与边界的相互作用,得到直角域中的位移场和应力场.首先,延拓直角域为半空间,延拓半圆柱为圆柱,得到等价问题;其次,构造位移波的波函数级数表达式;最后,对圆柱边界做Fourier展开,定解波函数系数.数值计算了圆柱边沿的动应力,结果表明,半圆柱的散射总是明显地分为投射侧和隐蔽侧,相对低频总是能引起更大的动应力,介质参数对径向动应力和周向动应力的分布,有着截然不同的影响.理论分析得到的稳态解丰富了SH波散射的理论,为双相介质界面圆柱的SH波散射的Green函数方法奠定了基础,数值算例为相应的工程问题提供了参考.     

Interaction of oblique waves with an array of long horizontal circular cylinders

The scattering and radiations of linear oblique waves by multiple long horizontal circular cylinders submerged in water of finite depth are investigated using the multipole expansion method. Analytical expressions for the diffracted and radiated potentials are given as a linear combination of infinite multipoles. The unknown coefficients in the expressions are determined by using the addition theorem of the Bessel function and the cylinder boundary conditions. Also analytical expressions for wave forces, hydrodynamic coefficients and reflection and transmission coeffi-cients are derived. The present analytical solution is verified through the boundary element method and applied to investigate three different cases of the interaction of oblique waves with multiple submerged horizontal circular cylinders. The results show that the number of cylinders, the arrangement and spacing between cylinders play an important role in wave forces, hydrodynamic coefficients and reflection and transmission coefficients. Some interesting and important phenomena are ob-served in numerical experiments.     

起伏地表条件下有限差分地震波数值模拟 ——基于广义正交曲线坐标系

为了解决常规有限差分法在处理起伏地表自由边界条件时存在的需进行复杂坐标旋转和插值运算,以及对起伏地表进行阶梯状离散近似所产生的虚假绕射波等问题,把待求解的物理域离散成贴体正交曲线网格,将该网格映射到计算域的矩形规则网格上,在该计算域内求解一阶弹性波速度-应力方程及相应的自由边界条件,实现了广义正交曲线坐标系下的起伏地表地震波数值模拟问题.该算法简化了自由边界条件的实施,避免了因起伏地表阶梯化网格离散近似所产生的虚假波.数值模拟结果表明,该方法是可行的,可以用于起伏地表条件下地震波传播规律的研究.