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Three-dimensional simulations of strong ground motion in the Shidian basin based upon the spectral-element method 被引量:12
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作者 Liu Qifang Yu Yanyan Zhang Xubin 《Earthquake Engineering and Engineering Vibration》 SCIE EI CSCD 2015年第3期385-398,共14页
The strong motion of a small long and narrow basin caused by a moderate scenario earthquake is simulated by using the spectral-element method and the parallel computing technique.A total of five different geometrical ... The strong motion of a small long and narrow basin caused by a moderate scenario earthquake is simulated by using the spectral-element method and the parallel computing technique.A total of five different geometrical profiles within the basin are used to analyze the generation and propagation of surface waves and their relation to the basin structures in both the time and frequency domain.The amplification effects are analyzed by the distribution of peak ground velocity(PGV)and cumulative kinetic energy(Ek) in the basin.The results show that in the 3D basin,the excitation of the fundamental and higher surface wave modes are similar to that of the 2D model.Small bowls in the basin have great influence on the amplification and distribution of strong ground motion,due to their lateral resonances when the wavelengths of the lateral surface waves are comparable to the size of the bowls.Obvious basin edge effects can be seen at the basin edge closer to the source for constructive interference between direct body waves and the basin-induced surface waves.The Ek distribution maps show very large values in small bowls and some corners in the basin due to the interference of waves propagating in different directions.A high impedance contrast model can excite more surface wave modes,resulting in longer shaking durations as well as more complex seismograms and PGV and Ek distributions. 展开更多
关键词 3d Shidian basin spectral element method basin-edg
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考虑山体走向变化的盆山耦合场地对地震动的影响:S波入射
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作者 赵政 于彦彦 丁海平 《华南地震》 2025年第1期1-11,共11页
基于高精度谱元法和多次透射边界相结合的数值模拟方法,考虑山体走向的变化,对S波入射下三维山体环绕盆地的耦合地形的地震响应进行了对比研究,结果表明:相比仅考虑盆地而忽略周围地形模型,盆山耦合场地对盆地内地震动的影响较大,明显... 基于高精度谱元法和多次透射边界相结合的数值模拟方法,考虑山体走向的变化,对S波入射下三维山体环绕盆地的耦合地形的地震响应进行了对比研究,结果表明:相比仅考虑盆地而忽略周围地形模型,盆山耦合场地对盆地内地震动的影响较大,明显放大了盆地内部分区域的地震动强度,最大放大系数可达1.8左右。同时,山体山顶区域地震动增强,山脚区域地震动减弱。相比仅考虑山体地形模型,盆山耦合场地在盆地区域地震动被显著放大,但山体区域的地震动受盆地的影响较小。盆山耦合场地地表点时程响应傅氏谱曲线振荡更加强烈,山顶处及盆地中心处均为谱放大强烈区域的位置。盆山复合场地的地震动分析中需考虑二者的耦合效应对地震动的影响。 展开更多
关键词 谱元法 三维 盆山耦合地形 地震动响应 S波入射
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三维局部场地地震波散射问题谱元并行模拟方法 被引量:10
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作者 于彦彦 芮志良 丁海平 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1342-1354,共13页
针对平面波入射下三维局部场地的波动散射问题,利用解析法实现了考虑非均匀分布谱元节点的自由场计算,将其作为谱元波动数值模拟的输入波场.利用高阶谱元方法模拟内域节点的运动,采用多次透射边界(MTF)模拟边界节点的运动,同时基于消息... 针对平面波入射下三维局部场地的波动散射问题,利用解析法实现了考虑非均匀分布谱元节点的自由场计算,将其作为谱元波动数值模拟的输入波场.利用高阶谱元方法模拟内域节点的运动,采用多次透射边界(MTF)模拟边界节点的运动,同时基于消息传递接口(MPI)技术完成跨节点的并行计算,进而实现基于谱元法的三维散射波动问题并行模拟,最后基于典型数值算例验证了方法的精度及稳定性表现.结果表明:本方法对于不同偏振方向入射体波下的局部场地三维散射问题均具有较高的模拟精度.直至3阶MTF,在满足内域计算稳定的前提下,取MTF人工波速接近介质剪切波速即可实现长持时稳定计算,而无需其他消除高频振荡的附加措施.取较小的消飘因子即可消除MTF的低频飘移失稳且基本不影响模拟精度.本方法在平面波入射下区域性三维地震动数值模拟分析中具有较好的应用前景. 展开更多
关键词 波动散射问题 谱元法 多次透射边界 三维地震动 稳定性
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基于电导率加权平均法的频率域航空电磁三维谱元正演模拟研究 被引量:1
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作者 黄鑫 严良俊 +5 位作者 谢兴兵 周磊 巩铭扬 陈章倩 代博帅 刘佳源 《石油物探》 CSCD 北大核心 2024年第6期1259-1273,共15页
三维电磁正演算法的精确性和有效性对于实测电磁数据的反演和解释至关重要。近年来,谱元法逐渐被应用于三维电磁正演中,其中基于规则/形变六面体网格的谱元法在航空电磁正演模拟中的效果已得到了验证。然而,常规谱元法在处理每个离散单... 三维电磁正演算法的精确性和有效性对于实测电磁数据的反演和解释至关重要。近年来,谱元法逐渐被应用于三维电磁正演中,其中基于规则/形变六面体网格的谱元法在航空电磁正演模拟中的效果已得到了验证。然而,常规谱元法在处理每个离散单元时,通常赋予其单一的物理属性,导致在模拟复杂模型时仍需采用精细网格以满足模型离散需求,对复杂模型的适用性存在不足。鉴于谱元法基函数的高阶性,提出了一种基于电导率体积加权平均的谱元法。该方法将物理模型离散化与数值网格离散化相分离,实现了对单元内物理属性变化的精细描述,同时避免了正演方程未知数数量的增加。以频率域航空电磁三维正演为例,对改进的谱元法的精度与效率进行了分析。数值算例结果表明,改进的谱元正演算法能够在保证不低于常规正演算法精度的前提下,减少所需的自由度,从而提高计算效率。 展开更多
关键词 多网格谱元法 电导率加权平均 航空电磁 正演模拟 复杂介质 频率域
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船体结构疲劳可靠性分析的直接计算方法 被引量:6
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作者 甄春博 王天霖 于鹏垚 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第4期664-667,共4页
针对船体结构疲劳寿命预报的可靠性问题,采用三维势流理论和整船有限元分析的谱分析直接计算方法,得到各短期海况和长期海况的应力参数,给出整个寿命期总的疲劳累积损伤。考虑疲劳分析时涉及的诸多不确定性因素,得出船体结构的疲劳寿命... 针对船体结构疲劳寿命预报的可靠性问题,采用三维势流理论和整船有限元分析的谱分析直接计算方法,得到各短期海况和长期海况的应力参数,给出整个寿命期总的疲劳累积损伤。考虑疲劳分析时涉及的诸多不确定性因素,得出船体结构的疲劳寿命可靠性指标及可靠度,从而给出基于直接计算的船体结构疲劳可靠性分析方法。以高性能三体船疲劳可靠性的算例分析表明,疲劳寿命可靠度随着疲劳寿命的增加而增大,在疲劳问题严重区域较小。 展开更多
关键词 直接计算 疲劳可靠性 谱分析法 船体结构 三维势流理论 整船有限元分析 应力参数
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基于多频电磁法水下目标体探测能力分析 被引量:1
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作者 巩铭扬 黄鑫 +3 位作者 严良俊 谢兴兵 周磊 曹晓月 《地球物理学进展》 CSCD 北大核心 2024年第4期1658-1669,共12页
海洋资源对国家长足发展至关重要,如何完善海洋资源普查已经成为各国关注焦点.水下目标体的精准探测已成为地球物理领域研究的热点问题.电磁勘探方法以电阻率差异为基础,可以有效提取与识别水下高阻或高导目标体,是海洋地球物理探测的... 海洋资源对国家长足发展至关重要,如何完善海洋资源普查已经成为各国关注焦点.水下目标体的精准探测已成为地球物理领域研究的热点问题.电磁勘探方法以电阻率差异为基础,可以有效提取与识别水下高阻或高导目标体,是海洋地球物理探测的关键技术之一.航空电磁法由于采用机载平台可快速完成海域区数据采集,在海域资源普查、环境监测等方面得到广泛应用.然而,海洋环境复杂多变,基于一维海—地地电模型的正演模拟与反演解释技术难以对三维复杂地电结构进行刻画,严重阻碍了机载平台的多频电磁数据的精细化解释.本文采用六面体网格谱元法进行海-地电模型高精度多频航空电磁三维正演.并对水下目标开展频率域电磁探测数值模拟分析,总结不同条件下频率域电磁场传播规律,探究多频电磁系统对水下目标体的识别能力,为多频电磁系统在低空海域高导目标体有效探测提供理论参考. 展开更多
关键词 多频电磁法 水下目标体 三维正演 谱元法
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基于谱元法的广域电磁法三维正演模拟 被引量:11
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作者 徐锦通 汤井田 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期1461-1471,共11页
为了提高广域电磁法三维正演精度和效率,本文提出采用基于Gauss-Lobatto-Legendre(GLL)多项式的谱元法进行广域电磁法三维正演模拟.首先从麦克斯韦方程组出发,推导了二次场满足的电场双旋度控制方程,利用伽辽金加权残差法将微分形式的... 为了提高广域电磁法三维正演精度和效率,本文提出采用基于Gauss-Lobatto-Legendre(GLL)多项式的谱元法进行广域电磁法三维正演模拟.首先从麦克斯韦方程组出发,推导了二次场满足的电场双旋度控制方程,利用伽辽金加权残差法将微分形式的边值问题转换为积分弱形式,再通过单元剖分和高阶正交基函数插值对全域问题进行离散,最后通过求解大型线性方程组得到全局的数值解.层状介质模型验证了算法的正确性和精度,三维地电模型分析了算法稳定性以及广域电磁法响应特征.研究表明谱元法是进行广域电磁法三维正演模拟的有效方法,具有高精度、低网格依赖性等优势. 展开更多
关键词 广域电磁法 谱元法 三维正演
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点震源作用下天津市宝坻区域地震动谱元模拟
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作者 赵瑞斌 程鹏 +1 位作者 张彦 李瑞源 《天津城建大学学报》 CAS 2023年第3期177-186,共10页
随着宝坻区在京津冀一体化发展中的城区规模逐步扩大,偶然性地震对宝坻区带来的不利影响亟待研究.选取对宝坻区影响最大的宝坻断层为潜在震源,采用SPECFEM3D建立了包含震源的三维地质模型,研究覆盖层水平及垂直方向不均匀性耦合下的宝... 随着宝坻区在京津冀一体化发展中的城区规模逐步扩大,偶然性地震对宝坻区带来的不利影响亟待研究.选取对宝坻区影响最大的宝坻断层为潜在震源,采用SPECFEM3D建立了包含震源的三维地质模型,研究覆盖层水平及垂直方向不均匀性耦合下的宝坻区域地震动效应,与DEEPSOIL一维非线性分析程序计算结果进行对比.数值分析结果表明:考虑水平方向不均匀性时的覆盖层场地对宝坻区域地震动响应的放大作用更加明显,各测点(峰值加速度)PGA、(峰值速度)PGV、(峰值位移)PGD的放大系数为0.9~4.0;DEEPSOIL程序计算得到的PGA比谱元法高20%,计算结果比谱元法PGD高6%;应用谱元法研究复杂三维场地地震动规律具有可行性. 展开更多
关键词 谱元法 宝坻断层 三维地质模型 水平不均匀性 场地效应
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基于谱元法的三维高精度全波形反演及其在煤矿巷道的模拟实验研究 被引量:2
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作者 黄永安 梁旭 +5 位作者 马越 刘超 陈真 李志勇 潘文勇 孙瑞雪 《煤炭技术》 CAS 北大核心 2023年第12期133-138,共6页
为解决复杂地质条件下的煤层探测问题,开展了针对采煤工作面的巷道三维弹性波全波形反演技术研究。首先,基于GPU/CPU并行异构算法实现谱元法高效、高精度正演模拟;其次,通过正演波场和伴随波场的互相关计算模型参数的梯度,应用拟牛顿L-B... 为解决复杂地质条件下的煤层探测问题,开展了针对采煤工作面的巷道三维弹性波全波形反演技术研究。首先,基于GPU/CPU并行异构算法实现谱元法高效、高精度正演模拟;其次,通过正演波场和伴随波场的互相关计算模型参数的梯度,应用拟牛顿L-BFGS二阶最优化算法和线性搜索算法迭代更新模型参数,构建高分辨率地下三维弹性速度结构模型。主要针对煤层特征,创新性地构建多目标函数(如旅行时和包络目标函数)和多波(如直达体波和槽波)联合反演策略,理论上降低了反演的多解性和非线性。最后,通过设计不同的三维煤矿巷道地质模型,使用提出的算法与技术反演得到高分辨率的三维速度模型,验证了本次研究可以对煤矿工作面内的陷落柱和起伏煤岩界面识别,说明了理论算法和技术的有效性。 展开更多
关键词 全波形反演 谱元法 高精度 三维弹性模拟 多目标函数 煤矿巷道
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三维弹性波全波形反演在小保当煤矿勘探中的应用研究
10
作者 刘超 刘鹏 +3 位作者 张慧峰 白坤 李志勇 潘文勇 《煤炭工程》 北大核心 2023年第7期66-71,共6页
高效、安全和智能化的煤矿开采对煤层顶底板以及地下三维地质模型的精度要求越来越高,传统地球物理探测方法在成像分辨率和精度方面已无法满足实际需求。将三维弹性波全波形反演技术应用于陕西小保当一号煤矿112204工作面的地下三维地... 高效、安全和智能化的煤矿开采对煤层顶底板以及地下三维地质模型的精度要求越来越高,传统地球物理探测方法在成像分辨率和精度方面已无法满足实际需求。将三维弹性波全波形反演技术应用于陕西小保当一号煤矿112204工作面的地下三维地质模型构建,通过谱元法和GPU超算实现地震波高效和高精度正演模拟,发展了多尺度、多目标函数和多波的反演方法与技术,并使用测井先验信息进行正则化约束,降低反演的非线性和多解性,最终构建了112204采煤工作面三维弹性速度结构模型,对煤层的顶底板进行了高精度成像,精细刻画了煤层的三维空间展布,反演结果与测井结果吻合较好,实现了采煤工作面的透明化。 展开更多
关键词 透明地质 采煤工作面 三维地质模型 谱元法 GPU超算
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基于谱元法的四川泸定Ms6.8地震地形效应的模拟
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作者 漆国辉 《江苏建筑》 2024年第5期15-18,共4页
文章利用泸定地形数据以及泸定地区地壳速度结构,震源采用2022年9月7日4.5级余震作为点震源,研究泸定地区地形对地震响应的影响。通过模拟记录与观测记录对比,确定模型的合理性。利用有地形模型与无地形模型模拟计算结果进行分析,结果表... 文章利用泸定地形数据以及泸定地区地壳速度结构,震源采用2022年9月7日4.5级余震作为点震源,研究泸定地区地形对地震响应的影响。通过模拟记录与观测记录对比,确定模型的合理性。利用有地形模型与无地形模型模拟计算结果进行分析,结果表明,地形对泸定地区的地震响应有较为明显的影响。主要表现在迎波面的PGV被明显放大,且在山峰处出现较大放大系数集中,在山体凹陷处出现明显的PGV放大系数减小情况,放大系数平均在1.5~1.8左右。在背波面主要表现为放大系数被削弱,放大系数基本小于1。 展开更多
关键词 泸定Ms6.8地震 三维谱元法 地形 放大系数
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基于概率地震危险性设定地震与混合震源模型的宽频地震动模拟方法
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作者 李程程 韦国川 +3 位作者 刘中宪 袁晓铭 李瑞山 董政 《地球物理学报》 2026年第2期636-655,共20页
复杂的震源破裂过程会导致近断层区域的地震动表现出复杂特性(上盘效应、方向性效应、脉冲效应等),且国内外相关规范均规定,对于重大工程,需考虑所在场地的具体地震环境与目标危险性水平,且采用与该场地相关的地震动.本文综合考虑概率... 复杂的震源破裂过程会导致近断层区域的地震动表现出复杂特性(上盘效应、方向性效应、脉冲效应等),且国内外相关规范均规定,对于重大工程,需考虑所在场地的具体地震环境与目标危险性水平,且采用与该场地相关的地震动.本文综合考虑概率性和确定性两种方法的优点,提出一套概率-确定性地震动预测新方法.首先在地震活动性及危险性计算上采用基于中国概率地震危险性分析(CPSHA)计算与分解的概率方法,得到具有概率意义的设定地震.然后在断层发震机制、地震影响场上采用考虑混合震源破裂模型的宽频地震动混合模拟方法.采用谱元法(SEM)进行低频(≤1 Hz)地震动模拟,引入可考虑高频随机散射的GP15.4运动学混合震源模型以及沉积层非线性分析模块,将得到的确定性结果与修正的三分量随机有限断层方法模拟的高频地震动(>1 Hz)相结合.以天津宝坻区某重要建筑(自振周期1 s)罕遇地震为例,阐述并验证了本方法用于近断层重要建筑结构抗震设防的合理性与先进性.结果表明,本方法相比传统基于一致危险谱的人工合成地震动方法更为合理,且具有显著的近断层效应,针对近断层重大工程得出其具有概率意义且与场地相关的地震动与相关规范要求契合.本研究对城市规划、近断层地震灾害模拟与地震风险评估、降低活断层区域重要工程地震风险具有重要的价值. 展开更多
关键词 中国概率地震危险性分析 设定地震 谱元法 三分量随机有限断层法 宽频混合地震动模拟方法 近断层效应 脉冲地震动识别
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基于谱元法的三维欧拉-拉格朗日浅水模型 被引量:1
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作者 杨飞 傅旭东 《水力发电学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第9期83-90,共8页
基于欧拉-拉格朗日法(Eulerian-Lagrangian method,ELM)计算对流项的三维水流数学模型,大时间步长计算仍保持稳定,但空间线性插值计算会产生附加数值阻力,限制了该类模型在河流工程中的应用。谱元法(spectral element method,SEM)是一... 基于欧拉-拉格朗日法(Eulerian-Lagrangian method,ELM)计算对流项的三维水流数学模型,大时间步长计算仍保持稳定,但空间线性插值计算会产生附加数值阻力,限制了该类模型在河流工程中的应用。谱元法(spectral element method,SEM)是一种适合复杂区域计算的高阶数值方法。本文引入谱元法,将垂向线性插值改为多项式插值,构建了新的欧拉-拉格朗日法三维浅水流动数值模型。通过顺直明渠的算例分析表明,新三维模型结合了欧拉-拉格朗日法与谱元法的优点,时间步长能突破柯朗数的限制,同时消除了经典欧拉-拉格朗日法的数值阻力,计算精度有数量级的提高。 展开更多
关键词 谱元法 三维浅水流动数值模型 欧拉-拉格朗日法 数值阻力
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Numerical exploration of new features on three-dimensional transition of a cylinder wake
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作者 LING Guocan, XIONG Jun & ZHU KeqinState Key Laboratory of Nonlinear Mechanics, Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080, China Department of Engineering Mechanics, Tsinghua University, Beijing 100084, China 《Science China Mathematics》 SCIE 2004年第z1期69-80,共12页
The three-dimensional transition of the wake flow behind a circular cylinder is studied in detail by direct numerical simulations using 3D incompressible N-S equations for Reynolds number ranging from 200 to 300. New ... The three-dimensional transition of the wake flow behind a circular cylinder is studied in detail by direct numerical simulations using 3D incompressible N-S equations for Reynolds number ranging from 200 to 300. New features and vortex dynamics of the 3D transition of the wake are found and investigated. At Re = 200, the flow pattern is characterized by mode A instability. However, the spanwise characteristic length of the cylinder determines the transition features. Particularly for the specific spanwise characteristic length linear stable mode may dominate the wake in place of mode A and determine the spanwise phase difference of the primary vortices shedding. At Re = 250 and 300 it is found that the streamwise vortices evolve into a new type of mode "dual vortex pair mode" downstream. The streamwise vortex structures switch among mode A, mode B and dual vortex pair mode from near wake to downstream wake. At Re = 250, an independent low frequency fm in addition to the vortex shedding frequency fs is identified. Frequency coupling between fm and fs occurs. These result in the irregularity of the temporal signals and become a key feature in the transition of the wake. Based on the formation analysis of the streamwise vorticity in the vicinity of cylinder, it is suggested that mode A is caused by the emergence of the spanwise velocity due to three dimensionality of the incoming flow past the cylinder. Energy distribution on various wave numbers and the frequency variation in the wake are also described. 展开更多
关键词 cylinder wake 3d transition Fourier-spectral-spectral-element method direct numerical simulation (DNS).
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