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基于PML边界的时间高阶伪谱法弹性波场模拟 被引量:11
1
作者 李青阳 吴国忱 梁展源 《地球物理学进展》 CSCD 北大核心 2018年第1期228-235,共8页
在地震正演模拟中,传统的有限差分法采用二阶差分算子近似时间偏导数,如果时间采样间隔选取较大,模拟波场会出现时间频散,甚至导致差分算法的不稳定.本文研究了基于完美匹配层(PML)边界弹性波二阶方程时间四阶精度解法,通过对空间采用... 在地震正演模拟中,传统的有限差分法采用二阶差分算子近似时间偏导数,如果时间采样间隔选取较大,模拟波场会出现时间频散,甚至导致差分算法的不稳定.本文研究了基于完美匹配层(PML)边界弹性波二阶方程时间四阶精度解法,通过对空间采用傅里叶变换提高计算精度并压制空间频散;而在时间域将位移对时间的四阶导数转化为空间的导数.与传统的有限差分法相比较,由于精度的提高,时间频散得到有效的压制,本文提出的方法可以适应较大的时间采样间隔,提高计算效率. 展开更多
关键词 弹性波方程 有限差分法 地震正演 完美匹配层 伪谱法
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固体中脉冲超声波传播的有限差分模拟 被引量:10
2
作者 魏东 周正干 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第2期388-392,共5页
脉冲超声波传播过程的模拟研究对实际超声检测的信号分析具有重要的借鉴意义。对弹性固体中的声场方程应用时域有限差分法,进行了二维声场特性研究。通过完全匹配层方法对截断边界的吸收处理,解决了无限自由空间的计算问题。模拟计算表... 脉冲超声波传播过程的模拟研究对实际超声检测的信号分析具有重要的借鉴意义。对弹性固体中的声场方程应用时域有限差分法,进行了二维声场特性研究。通过完全匹配层方法对截断边界的吸收处理,解决了无限自由空间的计算问题。模拟计算表明该方法可用于各向异性介质的分析。分析了液固耦合情况下的超声波传播特性,取得了与光弹法物理试验相一致的结果。通过与平底孔试块实际缺陷回波信号的对比,验证了脉冲超声波有限差分法模拟计算的有效性和正确性。 展开更多
关键词 超声波传播 时域有限差分法 完全匹配层 数值方法 吸收边界
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无限元边界条件下的浅海海底地震波场建模 被引量:3
3
作者 邓峰 程广利 刘宝 《声学技术》 CSCD 北大核心 2021年第4期445-450,共6页
针对模拟无限大的海底地震波传播问题,应用无限元理论,提出了一种基于无限元边界条件的地震波建模方法,仿真了海底应力场,与高阶交错网格有限差分法仿真结果比对,验证建模方法的正确性。进一步分析无限元边界对海底地震波的吸收效果,结... 针对模拟无限大的海底地震波传播问题,应用无限元理论,提出了一种基于无限元边界条件的地震波建模方法,仿真了海底应力场,与高阶交错网格有限差分法仿真结果比对,验证建模方法的正确性。进一步分析无限元边界对海底地震波的吸收效果,结果表明无限元边界对纵波、横波的吸收效果好,可应用于海底地震波场建模中。 展开更多
关键词 浅海 海底地震波 无限元 Scholte波 完美匹配层
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一种复杂山地多波勘探的有限差分模拟方法 被引量:1
4
作者 李怀良 庹先国 蒋鑫 《科学技术与工程》 北大核心 2017年第23期31-36,共6页
针对复杂山地开展多波地震勘探时,合理的观测系统设计是获取有效资料的关键因素,如何利用数值模拟方法建立更为准确的观测模型,也成为亟待解决的问题。模拟过程中首先采用中心差商逼近波动方程中的偏导数,建立多波(纵波和转换波)波动方... 针对复杂山地开展多波地震勘探时,合理的观测系统设计是获取有效资料的关键因素,如何利用数值模拟方法建立更为准确的观测模型,也成为亟待解决的问题。模拟过程中首先采用中心差商逼近波动方程中的偏导数,建立多波(纵波和转换波)波动方程的显式差分格式。其次,以SPML(分裂式完全匹配)方法和NPML(非分裂式完全匹配)方法为基础,设计一种高效的PML改进算法来消除起伏地表的边界影响。最后,以Marmousi模型为基础建立复杂山地地形的理论模型,得到地震波场数值模拟结果。利用所提出的算法对该模型进行波场分离,分离的最终效果很好地验证了这一算法的可行性。 展开更多
关键词 多波勘探 有限差分 边界吸收 波场分离 完全匹配层
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极坐标系下非分裂PML及时域有限元实现 被引量:1
5
作者 周凤玺 曹小林 M.B.贾克萨 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2015年第9期956-969,共14页
在弹性波传播的数值模拟中,吸收边界被广泛应用于截取有限空间进行无限空间问题的分析.完全匹配层(perfect matched layer,PML)吸收边界较其它吸收边界条件具有更优越的吸收性能,已被成功应用于直角坐标系下的弹性波方程正演模拟.考虑... 在弹性波传播的数值模拟中,吸收边界被广泛应用于截取有限空间进行无限空间问题的分析.完全匹配层(perfect matched layer,PML)吸收边界较其它吸收边界条件具有更优越的吸收性能,已被成功应用于直角坐标系下的弹性波方程正演模拟.考虑极坐标系下二阶弹性波动方程,通过采用辅助函数的方法,提出了一种非分裂格式的完全匹配层吸收边界条件.并且基于Galerkin近似技术,给出了非对称以及轴对称条件下的时域有限元计算格式.通过数值算例分析了该极坐标系下分裂格式的完全匹配层吸收边界的有效性. 展开更多
关键词 完全匹配层 极坐标系 吸收边界条件 时域有限元
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时域有限差分法在超声波声场特性分析中的应用 被引量:15
6
作者 周正干 魏东 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第2期9-13,21,共6页
超声波无损检测结果与超声波换能器的声场特性密切相关,运用数值方法可以有效地进行超声波声场特性分析。介绍时域有限差分法(Finite difference time domain method,FDTD),分析二维流体运动方程并建立相关有限差分模型,使时域宽带超声... 超声波无损检测结果与超声波换能器的声场特性密切相关,运用数值方法可以有效地进行超声波声场特性分析。介绍时域有限差分法(Finite difference time domain method,FDTD),分析二维流体运动方程并建立相关有限差分模型,使时域宽带超声波信号的分析更易于实现;应用完全匹配层(Perfect matched layer,PML)方法对FDTD计算的边界进行吸收处理,取得了理想的边界吸收效果;通过数值计算和仿真,研究超声波声场传播特性及圆盘声源声场分布特性,与相关文献的对比表明该算法有效可行;对脉冲波信号激励的聚焦超声波换能器分别进行有限差分法数值仿真和实际测量试验,声束轴向切面的声场分布试验结果表明两者的分布特性有很好的一致性。研究结果为超声波声场特性分析提供一种新方法。 展开更多
关键词 时域有限差分法 超声波声场 完全匹配层
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二维地基中空沟-波阻板联合隔振屏障分析 被引量:11
7
作者 周凤玺 马强 周志雄 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第12期4087-4092,4115,共7页
针对地基隔振控制,提出了一类新型的空沟-波阻板联合隔振屏障,并对其隔振性能进行了数值分析。首先,利用复伸展坐标变换,在频域内建立了完全匹配层(perfect matched layer, PML)吸收边界的控制方程;其次,利用Galerkin近似技术,给出了以... 针对地基隔振控制,提出了一类新型的空沟-波阻板联合隔振屏障,并对其隔振性能进行了数值分析。首先,利用复伸展坐标变换,在频域内建立了完全匹配层(perfect matched layer, PML)吸收边界的控制方程;其次,利用Galerkin近似技术,给出了以位移为基本未知量的二阶非分裂格式PML的频域有限元计算列式;最后,通过数值算例分析了空沟-波阻板联合隔振屏障的物性参数(地基与波阻板的模量比)、几何参数(空沟深度、波阻板深度)以及载荷参数(振动波频率)等对其隔振性能的影响规律。结果表明,空沟-波阻板联合隔振屏障结合了空沟和波阻板各自的优势,可以有效地控制不同频率振源引起的地基振动。 展开更多
关键词 地基隔振 空沟-波阻板 隔振效果 完全匹配层 有限单元法
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一种非条件稳定的隐式时域有限差分法 被引量:2
8
作者 高文军 吕善伟 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第6期900-902,共3页
介绍一种基于交替方向隐式 (ADI)技术的时域有限差分法 (FDTD) .该方法是非条件稳定的 ,时间步长不再受到Courant稳定条件的限制 ,而是由数值色散误差来确定 .与传统的FDTD相比 ,ADI FDTD增大了时间步长 ,从而缩短了总的计算时间 ,特别... 介绍一种基于交替方向隐式 (ADI)技术的时域有限差分法 (FDTD) .该方法是非条件稳定的 ,时间步长不再受到Courant稳定条件的限制 ,而是由数值色散误差来确定 .与传统的FDTD相比 ,ADI FDTD增大了时间步长 ,从而缩短了总的计算时间 ,特别是当空间网格远小于波长时 ,优点更加突出 .首次把完全匹配层 (PML)边界条件应用到ADI FDTD计算中 ,采用幂指数形式的时间步进算法 ,推导了相应的迭代公式 .进行了实例计算 ,并与传统FDTD的结果对比 ,验证了ADI FDTD的有效性与优越性 . 展开更多
关键词 时域有限差分法 FDTD 交替方向隐式技术 ADI 完全匹配层 PML 电磁场
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关于完全匹配层吸收边界条件中差分格式的讨论 被引量:4
9
作者 黄斌科 蒋延生 汪文秉 《微波学报》 CSCD 北大核心 2003年第4期1-4,共4页
对完全匹配层 (PML)中Maxwell方程差分格式的推导 ,本文认为文献 [1]求解微分方程时有不妥之处 ,给出了改正。根据PML介质中电磁波传播特性 ,我们还用直接方法导出差分格式的不同形式 ,在证明两者一致的同时指出后者更具精确性 ,并易于... 对完全匹配层 (PML)中Maxwell方程差分格式的推导 ,本文认为文献 [1]求解微分方程时有不妥之处 ,给出了改正。根据PML介质中电磁波传播特性 ,我们还用直接方法导出差分格式的不同形式 ,在证明两者一致的同时指出后者更具精确性 ,并易于编程实现。 展开更多
关键词 完全匹配层 吸收边界条件 微分方程 差分格式 微分方程 TAYLOR展开 电磁波传播
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PML在声波方程间断有限元计算中的应用 被引量:1
10
作者 翟宇文 马广彬 +1 位作者 田小强 董兴蒙 《电声技术》 2023年第4期20-22,共3页
在模拟声波在无限空间中的传播时,标准完美匹配层(Perfect Matched Layer,PML)对于一阶偏微分方程而言简单直接。将PML引入到二维声波方程的间断有限元计算中,在二维声波一阶方程组中引入PML边界条件,然后将带PML边界的方程组整理成适... 在模拟声波在无限空间中的传播时,标准完美匹配层(Perfect Matched Layer,PML)对于一阶偏微分方程而言简单直接。将PML引入到二维声波方程的间断有限元计算中,在二维声波一阶方程组中引入PML边界条件,然后将带PML边界的方程组整理成适用于间断Galerkin(Discontinuous Galerkin,DG)求解的双曲守恒形式,并用DG进行计算。数值结果表明,PML能有效吸收介质中的声波,极大地衰减进入其中的声场能量,实现了良好的吸收效果。 展开更多
关键词 完美匹配层(PML) 间断有限元 声波方程
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非分裂完全匹配层边界存储时间域全波形反演 被引量:5
11
作者 成景旺 毛宁波 +3 位作者 吕晓春 常锁亮 严皓 仲华 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 2018年第4期754-764,共11页
正演波场的储存或重建是制约时间域全波形反演的关键问题,以计算代替存储的常规分裂完全匹配层(PML)边界存储策略可有效减少存储量。但常规分裂PML边界条件所需变量个数多、计算存储量大以及编程复杂。为此,采用非分裂复频移完全匹配层(... 正演波场的储存或重建是制约时间域全波形反演的关键问题,以计算代替存储的常规分裂完全匹配层(PML)边界存储策略可有效减少存储量。但常规分裂PML边界条件所需变量个数多、计算存储量大以及编程复杂。为此,采用非分裂复频移完全匹配层(CFS-NPML)有效边界存储策略重建正演波场实现时间域全波形反演。研究表明:CFS-NPML所需变量个数少,在边界吸收层网格点较少时吸收效果优于常规PML边界条件,波场重建过程中所需存储量少于常规PML边界条件。数值试验表明,该存储策略得到的重建波场与正向传播波场几乎无差别,其全波形反演结果与常规保存波场反演法一致;正演过程中引入并行计算技术未显著增加波场重建导致的额外正演时间。 展开更多
关键词 非分裂完全匹配层 边界存储 时间域 全波形反演
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基于FDTD的孔缝金属箱屏蔽效能分析 被引量:4
12
作者 张绍雄 许志红 钱祖平 《解放军理工大学学报(自然科学版)》 EI 2007年第4期324-327,共4页
为了分析与解决复杂平台上的天线与其周围指挥舱等金属结构之间的电磁干扰问题,以期将天线对指挥舱内的电子设备的干扰降到最小。应用时域有限差分算法计算了2根振子天线辐射下带孔缝金属箱子的屏蔽效能。通过计算金属箱内部一点的电场... 为了分析与解决复杂平台上的天线与其周围指挥舱等金属结构之间的电磁干扰问题,以期将天线对指挥舱内的电子设备的干扰降到最小。应用时域有限差分算法计算了2根振子天线辐射下带孔缝金属箱子的屏蔽效能。通过计算金属箱内部一点的电场强度和频谱特性,研究了形状不同、尺寸不同、面积相同和数目不同等窗口状态对带孔缝金属箱的屏蔽效能的影响,得出了提高带孔缝金属箱的屏蔽效能的一些方法手段。能有效解决工作于车、船和飞机等复杂电磁环境的天线干扰其周围指挥舱等金属结构内电子设备的电磁问题。 展开更多
关键词 时域有限差分法 完全匹配层 谐振 电磁兼容 屏蔽效能
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高阶旋转交错网格有限差分方法模拟TTI介质中横波分裂 被引量:4
13
作者 李敏 刘洋 《物探与化探》 CAS CSCD 2012年第6期934-940,共7页
笔者给出了一种能够模拟弹性波在任意各向异性介质中传播的二维三分量高阶有限差分算法。相对于常规交错网格有限差分方法,旋转交错网格有限差分方法在介质具有强差异性时能更精确地模拟地震波的传播,避免常规交错网格中因对弹性系数进... 笔者给出了一种能够模拟弹性波在任意各向异性介质中传播的二维三分量高阶有限差分算法。相对于常规交错网格有限差分方法,旋转交错网格有限差分方法在介质具有强差异性时能更精确地模拟地震波的传播,避免常规交错网格中因对弹性系数进行插值而带来的误差。采用高阶旋转交错网格有限差分方法模拟并分析了零偏移距横波分裂现象随裂缝介质方位角和倾角变化的响应特征。结果表明:结合完全匹配层(PML)吸收边界条件的高阶旋转交错网格有限差分方法能获得高精度的地震波场模拟数据,并且在边界具有良好的吸收效果;横波分裂现象主要受裂缝走向与波的极化方向之间的夹角影响,受裂缝倾角影响较小,且快慢横波的能量也跟裂缝走向与波极化方向间的夹角有关。具有倾斜对称轴的横向各向同性(TTI)介质倾角的变化可能会导致记录中波到达时的变化,影响快慢横波的时差。利用横波分裂的能量分布和方位各向异性特征,可以帮助检测裂缝的方位角和倾角。横波在多层TTI介质中传播时会发生多次分裂的现象。 展开更多
关键词 旋转交错网格 高阶 完全匹配层 具有倾斜对称轴的横向各向同性 横波分裂
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基于非均匀介质的城市隧道渗水检测地质雷达数值模拟
14
作者 陈熙国 《中国高新科技》 2023年第3期78-80,共3页
随着城市建设的日新月异,因隧道相比桥梁而言能够更好地利用地下空间,导致城市交通出现越来越多的隧道。我国较多城市都建立在河流附近,以至于过江隧道在城市交通中的应用越来越广泛,如长沙的营盘路隧道、南湖路隧道。过江隧道由于位于... 随着城市建设的日新月异,因隧道相比桥梁而言能够更好地利用地下空间,导致城市交通出现越来越多的隧道。我国较多城市都建立在河流附近,以至于过江隧道在城市交通中的应用越来越广泛,如长沙的营盘路隧道、南湖路隧道。过江隧道由于位于江底,隧道渗水会带来一系列的隧道病害,因此对过江隧道的渗水检测尤为重要。文章从非均匀介质的地质雷达探测正演出发,总结富水区域在雷达扫描中的特征,说明该正演方法的有效性,这为隧道渗水病害检测的实际雷达扫描图中富水体的判定提供了一个更为可靠的依据。 展开更多
关键词 非均匀介质 地质雷达 数值模拟 CPML 渗水检测
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再辐射边界条件在FDTD中的应用 被引量:3
15
作者 陈锋 赵惠玲 张海霞 《计算机仿真》 CSCD 北大核心 2010年第2期348-351,共4页
目前的吸收边界条件存在编程复杂,占有内存空间与计算量过大等缺点。再辐射边界条件通过在截断边界处引入与入射波等效电磁流符号相反的源,使得穿过边界的电磁场得到有效的衰减。与传统的吸收边界条件相比,再辐射边界条件具有吸收性能优... 目前的吸收边界条件存在编程复杂,占有内存空间与计算量过大等缺点。再辐射边界条件通过在截断边界处引入与入射波等效电磁流符号相反的源,使得穿过边界的电磁场得到有效的衰减。与传统的吸收边界条件相比,再辐射边界条件具有吸收性能优越,设计思路清晰,编程简单,内存占有少,计算时间短的优点。推导了在离散网格中再辐射边界的反射系数与时间及空间步长的关系,通过时域有限差分方法(FDTD)进行了验证,与理论值基本相符。 展开更多
关键词 再辐射边界条件 各向异性完全匹配层 惠更斯表面 时域有限差分方法
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基于OpenCL的GPU加速三维时域有限差分电磁场仿真算法研究 被引量:2
16
作者 代健 褚天舒 杨照 《数值计算与计算机应用》 CSCD 2014年第1期8-20,共13页
提出了一种基于开放运算语言(OpenCL)的GPU加速三维时域有限差分(FDTD)电磁场仿真计算的方法.该方法利用图形处理单元(GPU)的并行处理特性并结合OpenCL接口标准实现了时域卷积完全匹配层(CPML)吸收边界条件的三维FDTD的高性能加速计算.... 提出了一种基于开放运算语言(OpenCL)的GPU加速三维时域有限差分(FDTD)电磁场仿真计算的方法.该方法利用图形处理单元(GPU)的并行处理特性并结合OpenCL接口标准实现了时域卷积完全匹配层(CPML)吸收边界条件的三维FDTD的高性能加速计算.首先设置FDTD仿真参数并动态申请内存空间,然后初始化OpenCL的计算参数,对三维电磁模型基于OpenCL进行FDTD加速仿真.本方法显著提升了FDTD电磁场仿真速度,与利用CPU计算相比速度提升可达5-8倍,且具有CPML吸收边界条件,可以模拟电磁波在自由空间的传播;基于OpenCL编译的语言程序可以运行在CPU或GPU硬件上,并可充分发挥多核CPU的并行计算能力,使得FDTD电磁场仿真具有更广泛的实际应用. 展开更多
关键词 图形处理单元 时域有限差分算法 加速电磁计算 开放运算语言 卷积完全匹配层
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多源并发下Mur二阶吸收边界和非分裂递归卷积完全匹配层对比研究
17
作者 崔凡 陈毅 +2 位作者 薛晗鹏 彭苏萍 杜云飞 《物探与化探》 CAS 北大核心 2022年第3期693-703,共11页
多个激励源无延时发射(多源并发)相同中心频率脉冲会形成平面波束信号,增强数据记录质量。本文通过数值模拟对比分析在多源并发情况下,非分裂递归卷积完全匹配层作为吸收边界条件和Mur二阶吸收边界条件对电磁波的吸收效果。其研究结果表... 多个激励源无延时发射(多源并发)相同中心频率脉冲会形成平面波束信号,增强数据记录质量。本文通过数值模拟对比分析在多源并发情况下,非分裂递归卷积完全匹配层作为吸收边界条件和Mur二阶吸收边界条件对电磁波的吸收效果。其研究结果表明,传统的Mur二阶吸收边界条件对多源并发、多角度掠射情况下电磁波的吸收效果不佳,在大偏移距下会造成波形畸变和形成虚假反射。而在多源并发情况下采用非分裂递归卷积完全匹配层作为吸收边界条件,将坐标伸缩因子引进时域有限差分算法中。通过傅里叶逆变换将频率域坐标伸缩变换PML方程转换到时域,对电场和磁场值在离散状态下进行递归卷积运算求解。从而避免了直接对卷积进行数值求解的复杂计算,在保证计算准确性的同时,节约了内存空间,提高了计算效率。在不分裂波场情况下,改善了网格截断位置对电磁波的吸收效果。 展开更多
关键词 多源并发 坐标伸缩因子 递归卷积 完全匹配层 时域有限差分 傅里叶逆变换
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波源转移区域分解算法:时谐弹性波方程 被引量:1
18
作者 陈志明 崔涛 向雪霜 《中国科学:信息科学》 CSCD 北大核心 2016年第10期1359-1371,共13页
陈志明等针对求解时谐声波散射问题提出了波源转移区域分解算法,并给出了严格的收敛性分析.本文将波源转移区域分解算法推广到求解时谐弹性波散射问题.我们使用谱元法离散时谐弹性波方程,将波源转移区域分解算法作为GMRES迭代算法的预... 陈志明等针对求解时谐声波散射问题提出了波源转移区域分解算法,并给出了严格的收敛性分析.本文将波源转移区域分解算法推广到求解时谐弹性波散射问题.我们使用谱元法离散时谐弹性波方程,将波源转移区域分解算法作为GMRES迭代算法的预条件子去求解离散问题.数值算例表明波源转移区域分解算法可以作为常波数或变波数时谐弹性波散射问题的有效预条件子.对于常波数问题,当采用适当高阶谱元格式降低离散误差时,以波源转移区域分解算法作为预条件子的GMRES迭代算法只需要非常少的迭代步数即可收敛. 展开更多
关键词 HELMHOLTZ方程 时谐弹性波方程 高频波 谱元法 完美匹配层方法 波源转移
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DISCRETE SINGULAR CONVOLUTION METHOD WITH PERFECTLY MATCHED ABSORBING LAYERS FOR THE WAVE SCATTERING BY PERIODIC STRUCTURES
19
作者 Feng Lixin Jia Niannian 《Applied Mathematics(A Journal of Chinese Universities)》 SCIE CSCD 2007年第2期138-152,共15页
A new computational algorithm is introduced for solving scattering problem in periodic structure. The PML technique is used to deal with the difficulty on truncating the unbounded domain while the DSC algorithm is uti... A new computational algorithm is introduced for solving scattering problem in periodic structure. The PML technique is used to deal with the difficulty on truncating the unbounded domain while the DSC algorithm is utilized for the spatial discretization. The present study reveals that the method is efficient for solving the problem. 展开更多
关键词 Maxwell's equations periodic structures perfect matched layer (PMI) discrete singular convolution (DSC)
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核电脉冲对人体作用的仿真讨论
20
作者 齐红星 陈树德 +1 位作者 林凡 乔登江 《微波学报》 CSCD 北大核心 2003年第4期73-78,共6页
用色散介质时域有限差分 ((FD) 2 TD)法 ,结合卷积完全匹配层 (CPML)吸收边界条件 ,计算了核电脉冲(NEMP)对人体的作用。讨论了色散在宽频带脉冲对人体作用中的影响。在计算结果的基础上 。
关键词 核电脉冲 色散介质时域有限差分 卷积完全匹配层 比吸收能量 色散 人体作用
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