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3D anisotropic modeling and identification for airborne EM systems based on the spectral-element method 被引量:4
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作者 黄鑫 殷长春 +3 位作者 曹晓月 刘云鹤 张博 蔡晶 《Applied Geophysics》 SCIE CSCD 2017年第3期419-430,461,462,共14页
The airborne electromagnetic (AEM) method has a high sampling rate and survey flexibility. However, traditional numerical modeling approaches must use high-resolution physical grids to guarantee modeling accuracy, e... The airborne electromagnetic (AEM) method has a high sampling rate and survey flexibility. However, traditional numerical modeling approaches must use high-resolution physical grids to guarantee modeling accuracy, especially for complex geological structures such as anisotropic earth. This can lead to huge computational costs. To solve this problem, we propose a spectral-element (SE) method for 3D AEM anisotropic modeling, which combines the advantages of spectral and finite-element methods. Thus, the SE method has accuracy as high as that of the spectral method and the ability to model complex geology inherited from the finite-element method. The SE method can improve the modeling accuracy within discrete grids and reduce the dependence of modeling results on the grids. This helps achieve high-accuracy anisotropic AEM modeling. We first introduced a rotating tensor of anisotropic conductivity to Maxwell's equations and described the electrical field via SE basis functions based on GLL interpolation polynomials. We used the Galerkin weighted residual method to establish the linear equation system for the SE method, and we took a vertical magnetic dipole as the transmission source for our AEM modeling. We then applied fourth-order SE calculations with coarse physical grids to check the accuracy of our modeling results against a 1D semi-analytical solution for an anisotropic half-space model and verified the high accuracy of the SE. Moreover, we conducted AEM modeling for different anisotropic 3D abnormal bodies using two physical grid scales and three orders of SE to obtain the convergence conditions for different anisotropic abnormal bodies. Finally, we studied the identification of anisotropy for single anisotropic abnormal bodies, anisotropic surrounding rock, and single anisotropic abnormal body embedded in an anisotropic surrounding rock. This approach will play a key role in the inversion and interpretation of AEM data collected in regions with anisotropic geology. 展开更多
关键词 spectral-element method ANISOTROPY frequency-domain AEM GLL interpolation basis function forward m odeling
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Spectral-element simulations of elastic wave propagation in exploration and geotechnical applications 被引量:4
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作者 Lin Zheng Qi Zhao +2 位作者 Bernd Milkereit Giovanni Grasselli Qinya Liu 《Earthquake Science》 2014年第2期179-187,共9页
We apply the spectral-element method(SEM),a high-order finite-element method(FEM) to simulate seismic wave propagation in complex media for exploration and geotechnical problems. The SEM accurately treats geometri... We apply the spectral-element method(SEM),a high-order finite-element method(FEM) to simulate seismic wave propagation in complex media for exploration and geotechnical problems. The SEM accurately treats geometrical complexities through its flexible FEM mesh and accurately interpolates wavefields through high-order Lagrange polynomials. It has been a numerical solver used extensively in earthquake seismology. We demonstrate the applicability of SEM for selected 2D exploration and geotechnical velocity models with an open-source SEM software package SPECFEM2D. The first scenario involves a marine survey for a salt dome with the presence of major internal discontinuities,and the second example simulates seismic wave propagation for an open-pit mine with complex surface topography. Wavefield snapshots,synthetic seismograms,and peak particle velocity maps are presented to illustrate the promising use of SEM for industrial problems. 展开更多
关键词 Seismic wave propagation spectral-element method Exploration seismology
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Monolithic Convex Limiting for Legendre-Gauss-Lobatto Discontinuous Galerkin Spectral-Element Methods
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作者 Andrés M.Rueda-Ramírez Benjamin Bolm +1 位作者 Dmitri Kuzmin Gregor J.Gassner 《Communications on Applied Mathematics and Computation》 EI 2024年第3期1860-1898,共39页
We extend the monolithic convex limiting(MCL)methodology to nodal discontinuous Galerkin spectral-element methods(DGSEMS).The use of Legendre-Gauss-Lobatto(LGL)quadrature endows collocated DGSEM space discretizations ... We extend the monolithic convex limiting(MCL)methodology to nodal discontinuous Galerkin spectral-element methods(DGSEMS).The use of Legendre-Gauss-Lobatto(LGL)quadrature endows collocated DGSEM space discretizations of nonlinear hyperbolic problems with properties that greatly simplify the design of invariant domain-preserving high-resolution schemes.Compared to many other continuous and discontinuous Galerkin method variants,a particular advantage of the LGL spectral operator is the availability of a natural decomposition into a compatible subcellflux discretization.Representing a highorder spatial semi-discretization in terms of intermediate states,we performflux limiting in a manner that keeps these states and the results of Runge-Kutta stages in convex invariant domains.In addition,local bounds may be imposed on scalar quantities of interest.In contrast to limiting approaches based on predictor-corrector algorithms,our MCL procedure for LGL-DGSEM yields nonlinearflux approximations that are independent of the time-step size and can be further modified to enforce entropy stability.To demonstrate the robustness of MCL/DGSEM schemes for the compressible Euler equations,we run simulations for challenging setups featuring strong shocks,steep density gradients,and vortex dominatedflows. 展开更多
关键词 Structure-preserving schemes Subcellflux limiting Monolithic convex limiting(MCL) Discontinuous Galerkin spectral-element methods(DGSEMS) Legendre-Gauss-Lobatto(LGL)nodes
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Three-dimensional simulations of strong ground motion in the Shidian basin based upon the spectral-element method 被引量:13
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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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Spectral-Element andAdjointMethods in Seismology 被引量:22
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作者 Jeroen Tromp Dimitri Komatitsch Qinya Liu 《Communications in Computational Physics》 SCIE 2008年第1期1-32,共32页
We provide an introduction to the use of the spectral-elementmethod (SEM)in seismology. Following a brief review of the basic equations that govern seismicwave propagation, we discuss in some detail how these equation... We provide an introduction to the use of the spectral-elementmethod (SEM)in seismology. Following a brief review of the basic equations that govern seismicwave propagation, we discuss in some detail how these equations may be solved numericallybased upon the SEM to address the forward problem in seismology. Examplesof synthetic seismograms calculated based upon the SEM are compared to datarecorded by the Global Seismographic Network. Finally, we discuss the challenge ofusing the remaining differences between the data and the synthetic seismograms toconstrain better Earth models and source descriptions. This leads naturally to adjointmethods, which provide a practical approach to this formidable computational challengeand enables seismologists to tackle the inverse problem. 展开更多
关键词 spectral-element method adjoint methods SEISMOLOGY inverse problems numerical simulations.
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米林断裂北段潜在M_(W)7.2地震模拟地震动特征分析
6
作者 钟菊芳 胡祎石 +1 位作者 张艳红 胡晓 《地震工程与工程振动》 北大核心 2026年第1期78-88,共11页
雅鲁藏布江下游区水能富集,成为水电开发的首选位置,区域复杂的地质构造和频繁的地震活动给工程选址和建设带来了巨大挑战。为明确强震地震动的分布特征、复杂地形对地震动的放大效应以及断层展布形态对地震动的影响规律,以米林断裂北... 雅鲁藏布江下游区水能富集,成为水电开发的首选位置,区域复杂的地质构造和频繁的地震活动给工程选址和建设带来了巨大挑战。为明确强震地震动的分布特征、复杂地形对地震动的放大效应以及断层展布形态对地震动的影响规律,以米林断裂北段潜在M_(W)7.2地震为研究对象,构建运动学有限断层震源模型,采用谱元法进行地震动模拟分析。研究结果表明,米林断裂北段发生潜在M_(W)7.2地震时将产生高达339 cm/s^(2)的地震动峰值加速度(peak ground acceleration,PGA)和74 cm/s的峰值速度(peak ground velocity,PGV),地震动在区域内分布不均匀,地震动空间分布具有近断层集中性、方向性和上盘效应;断层的展布形态对模拟地震动影响显著,相较于直线断层,弯折断层模型地表水平向PGA、PGV更大,最大PGA和PGV比值均达2倍左右,反应谱峰值更大;米林断裂北段发生潜在M_(W)7.2地震对ST6测点影响大,最大PGA和PGV分别达到84.9 cm/s^(2)和33 cm/s,水平分量速度脉冲明显,长周期反应谱远大于规范谱;研究区内复杂的地形对地震动的放大效应显著,PGA放大1.72~2.00倍,PGV放大1.29~1.55倍。 展开更多
关键词 米林断裂北段 运动学有限断层震源 谱元法 弯折断层 地震动分布 地形放大效应
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基于谱单元法的钢弹簧浮置板轨道结构声振特性分析
7
作者 冯青松 陈谣 +2 位作者 李家臻 蒋剑 张凌 《噪声与振动控制》 北大核心 2026年第1期13-20,共8页
为探明城市轨道交通钢弹簧浮置板轨道结构振动与声辐射特性,基于改进傅里叶级数和谱单元法,推导钢轨和轨道板位移函数求解公式,并采用MATLAB软件编制基于谱单元法的求解结构振动及声辐射的计算模型。通过计算此模型的振动模态、声辐射,... 为探明城市轨道交通钢弹簧浮置板轨道结构振动与声辐射特性,基于改进傅里叶级数和谱单元法,推导钢轨和轨道板位移函数求解公式,并采用MATLAB软件编制基于谱单元法的求解结构振动及声辐射的计算模型。通过计算此模型的振动模态、声辐射,并与ANSYS、Virtual.Lab仿真模型计算结果及现场实测结果对比,验证了该模型的正确性。最后对比分析扣件刚度、道床板厚度和钢弹簧刚度等参数变化对轨道结构声振特性的影响。结果表明:钢轨的竖向振动位移响应主要集中在16 Hz以下;而声压能量在0~1500 Hz频段内的分布差异不大,其中在900~1200 Hz频段内存在噪声放大现象;扣件垂向刚度和钢弹簧垂向刚度对钢轨振动特性影响较大,其中,扣件刚度变化仅影响位移导纳幅值,而钢弹簧垂向刚度变化既影响导纳幅值也影响相应的频率,浮置板厚度对声压影响较大,当厚度为0.3 m时,声压峰值为其他板厚工况下的2.5~4倍,对于钢弹簧浮置板轨道板厚,0.3 m是应特别注意的数值。 展开更多
关键词 振动与波 钢弹簧浮置板轨道 谱单元 声振特性分析 减振降噪 参数分析
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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》 北大核心 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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ICP-OES法测定铝钒锡铬中间合金中主量及杂质元素
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作者 王颖 鱼培江 +2 位作者 冯婧 刘中宝 朱婧 《湖南有色金属》 2026年第1期120-122,126,共4页
文章建立了一种基于ICP-OES测定铝钒锡铬中间合金中主量及杂质元素的分析方法。样品经20 mL盐酸与2 mL硝酸于低温条件下溶解完全。通过采用基体匹配,有效抑制了合金基体对杂质元素测定的干扰。方法优化了各元素的分析谱线,分别为Al 394.... 文章建立了一种基于ICP-OES测定铝钒锡铬中间合金中主量及杂质元素的分析方法。样品经20 mL盐酸与2 mL硝酸于低温条件下溶解完全。通过采用基体匹配,有效抑制了合金基体对杂质元素测定的干扰。方法优化了各元素的分析谱线,分别为Al 394.401 nm、Cr 267.716 nm、Sn 189.989 nm、V 310.230 nm、Fe 238.204 nm及Si 221.667 nm。方法验证表明,各元素校准曲线线性相关系数均大于0.999,检出限介于0.0008~0.0039 mg/L之间。样品测定结果的相对标准偏差(RSD,n=11)均低于2.1%,加标回收率在98.5%~108.0%范围内。该方法操作简便、结果可靠,适用于该类型中间合金的快速成分分析。 展开更多
关键词 铝钒锡铬 中间合金 ICP-OES法 杂质元素 光谱干扰
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二维超薄结构动态瞬时问题的高阶时域边界元法
10
作者 谷岩 张传增 《科学通报》 北大核心 2026年第3期685-693,共9页
动态瞬时问题的精确、稳定求解长期以来是计算力学领域的一个挑战性难点课题.本文提出了一种基于时域谱积分的新型边界元方法,用于超薄结构的高精度瞬态问题分析.时域部分引入了一种基于高斯正交多项式展开的时间谱积分求解技术,理论上... 动态瞬时问题的精确、稳定求解长期以来是计算力学领域的一个挑战性难点课题.本文提出了一种基于时域谱积分的新型边界元方法,用于超薄结构的高精度瞬态问题分析.时域部分引入了一种基于高斯正交多项式展开的时间谱积分求解技术,理论上可实现时域计算任意阶精度,显著提高了长时间/超稳定动态瞬时问题的精确求解.空间方向采用比例坐标变换边界元法,保留了边界元法仅需边界离散的传统优势.此外,超薄结构问题的精确求解也是边界元法的难点之一,其实质是近奇异积分的精确计算.基于尽可能拉近运算因子间数量级或变化尺度的思想,引入了一种高阶几何单元近奇异积分的非线性变量替换法,有效地消除了被积函数的振荡特性,在不增加计算量的前提下,极大地改进了近奇异积分的计算精度和数值稳定性.数值算例表明,所提算法稳定,效率高,为长时间/超稳定动态瞬时问题提供了新的求解思路. 展开更多
关键词 边界元法 超薄结构 谱积分 近奇异积分 动态瞬时问题
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基于波动方程的地震波数值模拟研究综述 被引量:5
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作者 李航 孙宇航 +2 位作者 李佳慧 李学贵 董宏丽 《吉林大学学报(地球科学版)》 北大核心 2025年第2期627-645,共19页
地震波场数值模拟在地震勘探、地震资料处理和地球构造研究等方面发挥着重要的作用。波动方程数值模拟方法充分考虑了地震波传播的动力学特征和几何学特征,可以为地震波传播机理的研究和复杂地层的解释提供强有力的理论支持,是目前应用... 地震波场数值模拟在地震勘探、地震资料处理和地球构造研究等方面发挥着重要的作用。波动方程数值模拟方法充分考虑了地震波传播的动力学特征和几何学特征,可以为地震波传播机理的研究和复杂地层的解释提供强有力的理论支持,是目前应用较为广泛的地震波场数值模拟方法之一。本文调研了五种基于波动方程的数值模拟方法:有限差分法易于理解,但数值频散问题明显;伪谱法精度高,但计算效率低;有限元法适用于复杂模型,但计算资源消耗大;谱元法适合高精度问题,但对计算内存需求较高;基于物理信息神经网络的深度学习法具有较强的适应性,但训练成本较高。并分别叙述了这五种数值模拟方法的理论基础、适用条件和最新进展。未来,地震波场数值模拟方法应结合深度学习等最新技术,优化边界条件模拟真实的边界反射情况,提高模拟的精度和效率。 展开更多
关键词 波场模拟 有限差分法 伪谱法 有限元法 谱元法 物理信息神经网络
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复杂地形处高速铁路轨道-桥梁系统地震响应放大效应 被引量:2
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作者 蒋丽忠 李伟 江力强 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第9期3809-3820,共12页
高速铁路桥梁不可避免地穿越复杂地形区域,我国集集地震翡翠峡谷、美国北岭地震Pacoima大坝均表明复杂地形会显著放大地震动强度,可能会增加桥梁结构损伤。然而现行抗震规范尚无考虑地形放大效应的设计条文,实测地震记录少,不足以支撑... 高速铁路桥梁不可避免地穿越复杂地形区域,我国集集地震翡翠峡谷、美国北岭地震Pacoima大坝均表明复杂地形会显著放大地震动强度,可能会增加桥梁结构损伤。然而现行抗震规范尚无考虑地形放大效应的设计条文,实测地震记录少,不足以支撑地形放大效应研究。因此,本文着重揭示复杂地形特征对高速铁路轨道−桥梁系统(HSRTBS)地震响应的影响规律。建立我国西南地区北川−映秀断裂带附近典型区域的地质、地层及地形数字化模型,基于谱元法模拟地震波从震源发震,经介质传播到地表复杂地形处反射、干涉全过程,并通过台站实测地震动记录进行验证。对比分析复杂地形地表与基岩所得的地震动记录,并以二者比值作为地形放大系数,并研究地形放大系数对HSRTBS地震响应的影响规律,采用多属性决策方法对HSRTBS整体损伤进行评分,并基于Kriging插值算法得到损伤云图。研究发现,复杂地形显著放大了地震动的峰值加速度(PGA)和谱加速度(Sa(T_(1))),分别放大1.74~2.74倍和1.76~3.08倍,集集地震翡翠峡谷与北岭地震Pacoima大坝的台站监测地形对PGA的放大系数分别高达2.69倍和3.56倍,呈现出相似的规律。地形放大效应加剧了HSRTBS构件和整体的损伤,其中支座、桥墩、轨道和主梁的最大横向位移分别增加了51.7%、13.9%、50.9%和51.3%,HSRTBS整体最大损伤评分增加了49.3%。所提地震动模拟方法很好地捕捉了复杂地形对地震动及HSRTBS地震响应的放大效应,与实际地震事件地形影响相似,证明了方法的有效性和适用性;复杂地形对高铁桥梁放大显著,所得结果为复杂地形区域桥梁抗震设计提供了依据。 展开更多
关键词 高速铁路轨道桥梁系统 谱元法 地震模拟 地形效应 地震响应。
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基于粒子群的四边形网格优化方法 被引量:1
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作者 邓飞 杨少辉 +2 位作者 吕盼盼 罗开云 彭文 《石油地球物理勘探》 北大核心 2025年第2期382-391,共10页
随着中国油气勘探不断深入发展,地质条件日趋复杂,谱元法作为地震勘探技术应用于油气勘探的需求逐渐迫切。正演模拟中,谱元法对四边形有限元网格的质量提出了较高的要求,如何针对复杂地质模型生成高质量的四边形网格模型,是谱元法顺利... 随着中国油气勘探不断深入发展,地质条件日趋复杂,谱元法作为地震勘探技术应用于油气勘探的需求逐渐迫切。正演模拟中,谱元法对四边形有限元网格的质量提出了较高的要求,如何针对复杂地质模型生成高质量的四边形网格模型,是谱元法顺利应用于地震勘探领域的重要技术问题。利用Frontal-Delaunay算法和Blossom-Quad算法分别对生成三角形网格和合并三角形生成四边形网格的过程进行优化,可间接生成较优的初始四边形网格模型,然而对于复杂地质模型,生成的初始四边形网格还存在拓扑错误、凹四边形等问题。为此需要研究一种对初始四边形网络进一步优化的二次优化算法,针对网格中的畸变结点,确定其解空间和优化损失函数,在解空间中初始化粒子群,通过迭代修正畸变结点的位置,实现四边形网格的整体优化。复杂地质模型的实验结果表明,二次优化算法可以完全消除初始四边形网格中存在的拓扑错误或退化四边形,且优化后四边形边长更加均匀,网格最短边长得到提升,可显著提高正演算法的效率,为谱元法在地震勘探技术中的进一步应用奠定了坚实的基础。 展开更多
关键词 地震勘探 四边形网格 谱元法 粒子群优化算法 正演模拟
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基于谱元法的任意边界层合圆柱壳振动特性分析
14
作者 吴江海 朱真慧 +2 位作者 胡东森 段勇 尹志勇 《振动与冲击》 北大核心 2025年第9期37-44,108,共9页
随着复合材料应用越来越广泛,其振动特性成为相关工程与学术研究热点。基于层合理论,采用谱元法建立了层合圆柱壳动力学计算模型,给出了层合圆柱壳动刚度矩阵表达式。与有限元计算固有频率和振动位移曲线对比,验证了计算方法的正确性。... 随着复合材料应用越来越广泛,其振动特性成为相关工程与学术研究热点。基于层合理论,采用谱元法建立了层合圆柱壳动力学计算模型,给出了层合圆柱壳动刚度矩阵表达式。与有限元计算固有频率和振动位移曲线对比,验证了计算方法的正确性。进一步分析了层合圆柱壳两端弹性边界条件对层合圆柱壳固有频率的影响,给出了层合圆柱壳三个方向的机械阻抗曲线,并研究了弹性边界对机械阻抗的影响。研究发现,两端弹性刚度增加,固有频率升高,机械阻抗共振峰向高频移动。研究结果可为工程中层合圆柱壳的声学设计提供参考。 展开更多
关键词 谱元法 层合圆柱壳 任意边界 振动特性 阻抗
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层合圆锥壳及组合壳的受迫与自由振动特性分析
15
作者 吴江海 段勇 尹志勇 《振动工程学报》 北大核心 2025年第11期2825-2835,共11页
为研究层合圆锥壳及其组合壳结构的振动特性,本文基于层合薄壳理论,采用谱元法推导了复合材料层合圆锥壳的基本动刚度矩阵,并利用单个圆锥壳的边界条件和锥顶角变化拼接构建了组合壳体结构的动力学模型。通过与有限元计算(finite elemen... 为研究层合圆锥壳及其组合壳结构的振动特性,本文基于层合薄壳理论,采用谱元法推导了复合材料层合圆锥壳的基本动刚度矩阵,并利用单个圆锥壳的边界条件和锥顶角变化拼接构建了组合壳体结构的动力学模型。通过与有限元计算(finite element method,FEM)的固有频率与振动响应对比,验证了本文计算方法和层合圆锥壳动力学模型的正确性。本文分析了圆锥壳两端任意弹性刚度边界、层合铺设角度、铺设层数以及圆锥壳锥顶角等参数对层合圆锥壳振动特性的影响。研究发现铺设角度与弹性边界对固有频率存在影响;随着锥顶角增大,共振峰向低频移动。本文的研究结果可为层合圆锥壳及其组合壳结构的参数化设计和振动计算提供有效的分析工具。 展开更多
关键词 层合圆锥壳 振动特性 谱元法 任意边界 固有频率
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考虑局部场地效应的土-结构动力相互作用SEMFEM耦合模拟方法
16
作者 于彦彦 刘梦娇 丁海平 《力学学报》 北大核心 2025年第6期1432-1445,共14页
考虑局部场地影响的结构地震反应分析中,合理有效的地震动输入非常关键.基于分区计算思想,发展了一种谱元和有限元耦合的两步模拟方法.首先,采用谱元法(SEM)结合多次透射公式(MTF),模拟平面波入射下仅含局部场地模型内部缩减计算域边界... 考虑局部场地影响的结构地震反应分析中,合理有效的地震动输入非常关键.基于分区计算思想,发展了一种谱元和有限元耦合的两步模拟方法.首先,采用谱元法(SEM)结合多次透射公式(MTF),模拟平面波入射下仅含局部场地模型内部缩减计算域边界区节点的位移时程.结合谱元法的特点此时可采用只需满足背景场地模型模拟精度要求的相对粗略的网格.其次,将上述位移时程直接施加于土-结构计算域的边界区节点完成地震动输入,采用有限元法(FEM)模拟土-结构系统的动力反应.此时可对结构域采用精细化网格建模,并基于MTF实现结构引起的外行散射波的吸收.相比传统域分解法(DRM),方法省去了地震动输入所需的人工边界处等效节点力的计算而直接实现位移时程输入,且对不同属性介质可采用相同的计算式而无需修改.基于均匀半空间模型、盆地场地模型和地表局部凹陷模型采用整体方法解的对比验证了该方法的精度和有效性,同时讨论了子区域选取形状及多次透射公式阶数对模拟结果的影响.最后通过考虑盆地效应与否时地铁车站模型和地上框架结构模型在时域和频域内地震动反应的对比,验证了进行结构地震反应模拟时考虑局部场地影响的重要性. 展开更多
关键词 局部场地效应 结构地震反应 谱元法 有限元法 多次透射公式
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区域高速铁路轨道-桥梁系统地震响应分布特征分析
17
作者 蒋丽忠 李伟 江力强 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第11期4784-4795,共12页
区域铁路工程结构地震响应评估是震后行车功能和修复决策的关键,然而由于台站数量有限,目前大多通过对既有台站记录插值或通过经验判断作为决策依据。为验证和对比分析既有方法的有效性和局限性,以2013年芦山地震事件为例,构建地震场址... 区域铁路工程结构地震响应评估是震后行车功能和修复决策的关键,然而由于台站数量有限,目前大多通过对既有台站记录插值或通过经验判断作为决策依据。为验证和对比分析既有方法的有效性和局限性,以2013年芦山地震事件为例,构建地震场址的震源、地质和地形一体化地震波传播模型,采用谱元法模拟地震波从震源发震、经介质传播至地表复杂地形的全过程,并通过台站实测地震动记录验证了模型的准确性(峰值加速度最大误差为11.3%)。采用克里金(Kriging)插值法,分别得到实测和模拟地震动的PGA分布云图,进而得到这些地震动作用下高速铁路轨道-桥梁系统(HSRTBS)的响应分布云图,通过对比分析基于实测地震动与模拟地震动经Kriging插值后得到的区域高铁桥梁系统响应,研究了两者之间的差异性。研究结果表明,尽管台站处地震动记录与模拟地震动PGA相近,但插值后其他位置处PGA值显著低于模拟结果,特别是地形复杂处,实测与模拟PGA分别为0.28g和0.81g,相差近3倍;基于模拟地震Kriging插值法生成的PGA和HSRTBS响应云图具有更高的分辨率,整体PGA跨度从0.12g(0.16g~0.28g)显著提升至0.753g(0.057g~0.81g)。同时,该方法能够反映局部区域桥梁地震风险的特征,尤其在地形起伏较大的区域,风险变化更加剧烈。这一结果与既有研究中关于局部地形放大效应的结论相一致,为评估和判断局部区域高铁桥梁的地震损伤程度提供了重要依据。所提出基于GIS地质地形信息重构和谱元法的地震动模拟方法可得到区域地震动结果,为区域高铁桥梁震后损伤评估和决策提供依据;与既有基于实测地震动记录插值方法相比,所得结果分辨率显著提高,并能够有效捕捉局部场地响应特征及地形效应的影响,显著减少因均匀化插值而引起的局部响应低估现象,在目前我国台站数量有限的条件下是一种有效的区域高铁桥梁震损评估方法。 展开更多
关键词 区域高铁桥梁 KRIGING插值 谱元法 地震动模拟 地震响应云图
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基于改进四阶辛-谱元的三维宽频带地震动数值模拟方法
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作者 巴振宁 寇阔 +1 位作者 赵靖轩 张郁山 《力学学报》 北大核心 2025年第9期2192-2208,共17页
基于确定性物理模型的震源-传播-场地全过程地震动模拟是目前地震工程的重要研究方向,然而随着模拟频率的不断提高,对目前数值模拟方法中显式时间积分算法的计算精度和效率提出了双重挑战.文章提出了一种融合四阶PEFRL(position extende... 基于确定性物理模型的震源-传播-场地全过程地震动模拟是目前地震工程的重要研究方向,然而随着模拟频率的不断提高,对目前数值模拟方法中显式时间积分算法的计算精度和效率提出了双重挑战.文章提出了一种融合四阶PEFRL(position extended Forest-Ruth like)辛积分与谱元法(spectral element method,SEM)的三维高效数值模拟方法,旨在突破现有SEM中在宽频带模拟中精度、稳定性和效率上的瓶颈问题.其中,PEFRL算法通过优化传统Forest-Ruth算法的步进策略,将加速度求解次数由5次降至4次,并采用位移-速度交替更新机制,能够有限降低内存需求与计算成本.将提出的方法针对均匀、多层与盆地半空间模型,分别与二阶的Newmark和四阶的Runge-Kutta时间积分算法计算的结果进行对比.数值实验表明,随着模型复杂和模拟频率的上升,改进后的PEFRL-SEM方法精度提升效果愈加显著.针对半空间模型、多层介质模型与盆地模型模拟的时程结果相位相对误差分别降低16.7%,20.7%和21.3%,能量相对误差分别降低20.6%,22.3%和24.7%;针对10 Hz半空间模型模拟工况,相位相对误差和能量相对误差分别降低55.4%和36.3%,计算效率较LDDRK算法最高可提升约33%.进一步,将该方法成功应用于1994年北岭MW6.7地震的三维宽频带(0~10 Hz)地震动模拟,模拟结果与观测记录在振幅及频谱特征上均表现出良好一致性.该方法有效解决了宽频带地震动场模拟的稳定性与计算效率的问题,显著提升了宽频带强地震动场模拟在地震工程领域的实用性,为区域地震危险性分析与工程抗震评估提供了一种高精度、高效率宽频带地震动模拟方法. 展开更多
关键词 谱元法 辛方法 宽频带模拟 确定性地震动模拟 显式时间积分算法
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地形因素对2024年新疆乌什M_(W)7.0地震同震形变的影响
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作者 段虎荣 张琦 +2 位作者 谢宝鹏 张晔瑞 王巍 《大地测量与地球动力学》 北大核心 2025年第12期1253-1259,共7页
为模拟地形对同震形变的影响,建立3种不同的地形模型。结果显示,与平坦地形相比,凸起地形使平面位移量减少,而凹陷地形使平面位移量显著增加。2024年新疆乌什M_(W)7.0地震震中区域地形差异较大,真实地形对此次地震同震形变的影响尚不明... 为模拟地形对同震形变的影响,建立3种不同的地形模型。结果显示,与平坦地形相比,凸起地形使平面位移量减少,而凹陷地形使平面位移量显著增加。2024年新疆乌什M_(W)7.0地震震中区域地形差异较大,真实地形对此次地震同震形变的影响尚不明确。采用谱元法模拟此次乌什地震的同震形变,并将其与D-InSAR同震位移场进行对比。结果表明,在E、N、U方向,地形因素对同震形变的影响分别可达8.5%、26.9%、6.8%。 展开更多
关键词 位错理论 地形因素 同震形变 谱元法 乌什M_(W)7.0地震
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光伏电池片等效物理模型参数辨识及其光谱响应估算研究
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作者 张经炜 曹尚 +4 位作者 冯莉 丁坤 Frank U.Hamelmann 杨航 陈翔 《可再生能源》 北大核心 2025年第2期173-182,共10页
为全面评估光伏电池片发电性能,针对现有光伏等效电路模型无法估算其光谱响应特性问题,文章基于有限元法提出了光伏电池片等效物理模型及其参数辨识方法,对其电气特性与光谱响应进行估算。首先,分析有限元模型中关键参数对电气特性估算... 为全面评估光伏电池片发电性能,针对现有光伏等效电路模型无法估算其光谱响应特性问题,文章基于有限元法提出了光伏电池片等效物理模型及其参数辨识方法,对其电气特性与光谱响应进行估算。首先,分析有限元模型中关键参数对电气特性估算结果的影响,确定发射区厚度、基区厚度、发射区掺杂浓度、基区掺杂浓度、串联电阻和并联电阻共6参数作为模型参数辨识对象;然后,以高辐照工况下实测电流-电压(Ⅰ-Ⅴ)特性数据为依据,使用粒子群算法对上述参数进行辨识;最后,实测了不同辐照和温度条件下Ⅰ-Ⅴ特性并与模型估算结果对比验证,同时测量了太阳光谱曲线与光伏组件短路电流,间接验证模型估算电池片光谱响应的精确性。实验结果表明,单晶硅、多晶硅电池片模型估算结果的电流均方根误差分别为0.019 2~0.030 2 A,0.018 0~0.051 5 A,模型计算光谱响应结果的短路电流和实测短路电流绝对百分误差在15%以下,使用该参数辨识方法建立的模型能够较综合地反映光伏电池片的光电转换性能。 展开更多
关键词 光伏电池 光伏模型 有限元模型 光谱响应 参数辨识
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