FDTD方法在柱面波及半空间有耗介质散射问题中的应用

以柱面波及半空间有耗介质散射问题为例,研究了在时域有限差分计算分区的总场边界上入射波设置的波前逐步推进方法．给出了以Ｇｒｅｅｎ函数表述的、用于近－远场外推的统一公式,适用于自由空间以及地下介质电参数任意时的半空间中目标远区散射场的求解．几个数值计算例子验证了应用时域有限差分方法的有效性．     

瞬变地震波反射场的综合

利用复惠更斯原理和频域分析方法,综合了瞬变地震波在平界面上的反射场,导出了反射波的积分表达式,计算了在部分反射、全反射和临界角过渡区内反射场的瞬变响应波形。在全反射区域,观察到了超前于几何光学反射的横向波(头波)贡献。数值结果表明,这种方法可以简化瞬变波的分析与综合计算,并可直接处理全反射过渡区等波场奇异性的问题。     

偶极源辐射超材料表面波的存在条件及特性

为了更好地利用超材料,需要研究半空间模型中超材料的表面波．利用电磁波反射场的索末菲积分,应用复变函数积分的鞍点法,研究下层介质分别为等离子体、负磁性介质和左手材料时,在竖直电偶极子与磁偶极子的反射场中所含表面波的成分构成与电磁特性．确定了各表面波模式发在的条件,给出了侧面波或吸附表面波模式与入射电磁波的类型、下层介质的等效介电常数等的关系．     

三维柱坐标系下PML的实现及近场-远场转换

在三维柱坐标系下推导了麦克斯韦方程组在完全匹配层(PML)吸收边界条件中的时域有限差分(FDTD)表达式并编程实现；然后用一种简便的线性插值法完成了柱坐标系下的近场一远场转换；最后利用这种方法对圆柱形单极天线的反射电压、近区辐射场和远区辐射场进行了数值计算．结果表明该方法是正确可行的，可用于圆柱型目标结构的电磁特性研究．     

无限均匀固体介质包围的固体圆柱中弹性波的理论求解与数…

对各向同性弹性固体地层包围的固体圆柱中，对称点源激发的声波进行了理论求解和数值研究。详细分析了沿圆方向传播的导波的频散及激发特性，分析并计算了声波场沿柱体外介质纵，横波支点的割线积分。在分波分析的基础上，进行了瞬态全波场的数值模拟，计算了不同地层参数下圆柱界面上不同点径向切应力和径向法应力的瞬态全波曲线。     

用数值方法分析一致性等效电磁流公式

文章给出了一种改进的等效电磁流公式，该公式是在Ａ．Ｍｉｃｈｅａｌｉ的表达式的基础上得出的，当观察方向位于ｋｅｌｌｅｒ锥上时，改进的Ｄｅ，Ｄｍ表示式可化简为Ｋｏｕｙｏｕｍｊｉａｎ的绕射系数，等效电磁流的表达式同Ｋｎｏｔｔ和Ｓｅｎｉｏｒ的表达式完全一样，在阴影和反射边界上，改进的等效电磁流表达式具有一致性。     

半空间内洞室在冲击荷载作用下的瞬态响应

为了研究外界冲击力对地下洞室及周围土体的影响, 对半空间弹性土体圆柱形洞室在突加反平面冲击荷载作用下的瞬态响应进行探讨.将列车急刹车时对隧道产生的冲击力简化为半无限弹性体中突加在圆柱形洞室表面沿轴线方向的均布荷载,利用残余变量法求得频域解,运用Durbin提出的拉普拉斯数值逆变换给出问题的数值解,并将计算结果与静力情况下的结果进行比较,分析土体应力和位移随时间、弹性波的传播距离以及夹角的变化,结果表明：波到达后,该点土体的应力和位移均瞬间增大,随后慢慢减小并逐渐趋于静力值,波向外发散传播,并沿半径方向衰减;对于相同的传播距离上的各点,最大动应力和动位移与夹角无关;应力和位移最后的稳定值随着夹角的增大而增大.     

散射问题中的新型FDTD共形技术

提出一种新型的共形技术：假设导体边界附近电场呈线性变化。导体边界上电场为零。借用邻近场量。可以完成在相应边上电场环路积分．并证明了该方法有较好的收敛性,并将其应用电磁散射分析．导体柱和扁平双弧柱的计算表明,算法中空间步长可选择为A／15,计算结果明显优于常规FDTD中计算精度．空间步长的增加可以减少内存和计算时间,证实了该方法的准确性和高效性．     

循环对称结构动应力计算的一种工程处理方法

为了计算空冷汽轮机末级叶片的动应力,为工程设计提供依据．根据波传播理论和叶盘系统结构及其激振力特性,提出了求解瞬态动应力的循环对称计算方法．通过在扇区边界施加循环对称边界条件,将计算从时间域转化为空间域,间接实现了动应力计算,且在保证计算精度的前提下,提高了计算效率．     

电介质半空间中线结构导体电磁散射的直接时域分析方法

针对半空间中线结构导体电磁散射的时域电场积分方程,采用矩量法(MOM)结合时间步进算法(MOT)直接在时域求解导体上的瞬态电流以及空间的瞬态电场。该方法具有求解速度快,时域响应过程机理明晰的特点。针对计算实例的分析结果与文献结果相吻合。     

基于EMD和二次多项式拟合的单双端行波组合定位方法

输电线的准确故障定位是电力系统安全稳定运行的重要保障。为解决单端行波法中反射波头的标定难问题, 提出一种基于EMD的单双端组合定位方法。用双端法进行初步故障定位, 预估反射行波到达测量点的大概时间, 从而对反射波头进行准确识别, 再采用单端行波算法进行定位计算。为减小传统故障定位存在的在采样间隔内的定位误差, 采用基于最小二乘法的二次多项式拟合算法对各个时间点进行准确标定。ATP和MATLAB的故障定位仿真结果表明, 基于EMD和二次多项式拟合的组合定位方法既可以保证可靠性, 又能得到较高的定位精度, 对故障定位技术有一定参考价值。     

一种基于单程波方程的转换波模拟方法

采用脉冲或子波作为震源,利用纵波方程将炮点向地下延拓,再利用横波方程将检波点向地下延拓,每延拓一个深度步长对二波场进行相关处理,并乘以相关点处的反射系数即得反射波场值,与此同时计算出两波场的时间之和,再根据等时叠加原理,将前面计算的反射波场值在对应的时间和空间位置处进行叠加,即可实现P～S转换波资料的共炮记录正演模拟,若采用横波方程延拓炮点,采用纵波方程延拓检波点,则可以实现S—P转换波资料的共炮记录模拟,由于该模拟方法在处理过程中无需估算转换点位置,因此模拟资料更客观真实。通过该方法模拟的转换波具有无直达波、多次反射干扰等优点,且具有较强的动力学特征,是复杂构造模拟、多波多分量模拟等的首选方法。     

散乱点云自适应切片算法研究

提出一种散乱点云自适应切片算法,该算法建立点云动态空间索引结构,基于该结构快速准确获取切片邻域数据并确定各层切片位置,依据邻域数据与切片的位置关系将其分为正负两个区域,通过正负区域配对点连线与切片求交获取切片数据点,并采用最小生成树算法排序,得到有序的切片数据点,实现散乱点云的自适应切片,实例证明该算法适用于逆向工程中各种复杂型面点云数据,切片数据获取精度高,算法运行速度快.     

Characteristics of Mesh Wave Impedance in FDTD Non-Uniform Mesh

In order to increase the evaluating precision of mesh reflection wave, the mesh wave impedance (MWI) is extended to the non-uniform mesh in 1-D and 2-D cases for the first time on the basis of the Yee‘s positional relation for electromagnetic field components. Lots of characteristics are obtained for different mesh sizes and frequencies. Then the reflection coefficient caused by the non-uniform mesh can be calculated according to the theory of equivalent transmission line. By comparing it with that calculated by MWI in the uniform mesh, it is found that the evaluating error can be largely reduced and is in good agreement with that directly computed by FDTD method. And this extension of MWI can be used in the error analysis of complex mesh.     

摇板式造波机所造二维规则波波形的频域二阶解

本文给出摇板式造波机所造二维规则波波形在频域中的二阶摄动解.结果表明二阶波包括三部分,第一部分是定常波,第二部分是波数为一阶波数二倍的进行波,第三部分是二阶波数对应的进行波.前两部分与一阶波一起组成了二阶Stokes波,后一部分体现了摇板对流场的二阶响应,其传播速度比Stokes波慢.由于两部分二阶进行波的波速不同,在水池中距摇板不同距离处测得的波形是不同的.实际造波试验证实了上述结论.     

利用FDTD与传输方程混合计算散射系数的方法

利用FDTD(F in ite-D ifference Tim e-Domain)方法分析天线等无耗传输线馈电问题的散射系数时,为了得到输入电压和反射电压的时域信号,必须将FDTD仿真程序重复运行两遍.这对计算域较大的问题来说要花费很长的仿真时间和占用较大的存储容量,而实际散射系数中用到的端口输入电压与激励信号在时域波形上必须完全一致,只不过因为输入端口取样位置的不同,输入电压相对于激励信号在时间上有所延迟.对于无耗传输线其反射电压的最大值与输入电压的最大值应该相等.因此,利用已知的输入电压取样位置和电磁波的传输速度,并结合无耗传输线的波动方程(电报方程),可以从理论上推导出输入电压的时域波形和表示方程.这样在计算散射参数时就不需要用FDTD仿真来获得输入信号,而只需要进行一次FDTD运算获得所需的反射信号即可.在此不仅推导出了无耗传输线上任意一点电压、电流的时域表达式,还利用它计算出了微带线馈电的矩形贴片天线和低通滤波器的散射参数,并与二次FDTD仿真获得的结果进行了对比,二者结果完全一致.但使用此方法使仿真时间和存储量都节约了一倍.     

卫星模型散射FDTD计算的共形边界研究

根据卫星模型太阳能帆板平面相对卫星主体较大的特点,提出了共形边界的概念,即总场边界、外推边界和吸收边界的几何形状与目标外形轮廓相同．并把它应用在卫星模型时域有限差分(FDTD)计算中,以减少FDTD计算及存储量．首先讨论了FDTD方法中3种边界的共形处理方法,特别针对270°拐角处吸收边界的处理进行了详细分析．通过电偶极子辐射验证共形吸收边界具有良好的吸收外行波的性能．最后给出卫星模型远区后向散射时域波形,与常规长方体边界FDTD计算结果相符,验证了共形边界理论在FDTD计算应用中的正确性．卫星模型采用共形边界后节省内存约40. 7％,缩短了计算时间,改善了计算性能．     

Reflection and Transmission of the Level Step to the Waves in a Linear and Continuous Layer Liquid

1 Introduction Owing to the hot radiation of the sun, the den- sity distribution of water is usually perpendicular in actual oceans and river bayoux. The source of the disturbance will not only produce water waves of a surface mode, but also of an internal mode[1–2]. In layered liquids the internal mode will induce some dynamic water phenomena which are different from those in the single layer liquid[3]. Considering the propagation of waves in deep upheaval terrain, the problem can be simplif…     

基于镜像源方法的室内声场脉冲响应仿真

针对基于室内声场脉冲响应描述声场音质特性时其精确度不高的问题,以经典镜像源方法为核心,讨论了基于变换频域和反射系数的改进算法.以矩形空间为具体实例,给定接收点和声源位置,并利用计算机仿真室内声场脉冲响应.在不同参数条件下,对各个算法进行了分析,估计了能量衰减曲线和房间混响时间.结果表明,基于变换频域和反射系数的改进算法具有更高的准确性和可靠性.     

Si/SiO2周期性多层膜反射特性的FDTD数值模拟

Si/SiO2周期性多层膜是一种电介质型频率选择表面,它与金属型频率选择表面相比具有较小的吸收损耗。从介质波导理论出发,可以分析电介质型频率选择表面的反射与透射机理。与均匀介质层相比,介电常数呈周期变化的电介质层可能会激发出满足相位匹配条件k0sinθ=βg的导波模,从而在介质板的上表面与下表面辐射出与导波模具有相同波数的平面波。介质层上再辐射的平面波与上表面直接产生的反射波叠加便形成了总的反射场。当两种波相位相同时,就会增强总反射,否则反射将会减弱,并且透射波也会有相同的规律。采用周期结构时域有限差分方法可对一种Si/SiO2周期性多层膜的反射特性进行数值模拟,并计算出波长在1~100 mm微波波段的反射系数。计算结果表明,当入射角为45°时,入射波长在5,9,20 mm处具有很高的反射系数(均达到0.88以上)。因此,通过调整相关参数可以获得所需的频率选择表面。