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应用地球物理  2021, Vol. 18 Issue (3): 317-330    DOI: 10.1007/s11770-021-0901-7
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一种改进的二阶弹性波卷积完全匹配层吸收边界
杨凌云,吴国忱,李青阳,梁展源
1. 中国石油大学(华东)地球科学与技术学院,青岛 266580; 2. 海洋国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室,青岛 266071
An improved convolution perfectly matched layer for elastic second-order wave equation
Yang Ling-Yun, Wu Guo-Chen?, Li Qing-Yang, and Liang Zhan-Yuan
1 School of Geosciences, China University of Petroleum (East China), Qingdao 266580, Shandong, China 2 Laboratory for Marine Mineral Resources, Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology, Qingdao 266071, Shandong, China.
 全文: PDF (6281 KB)   HTML ( KB)   输出: BibTeX | EndNote (RIS)      背景资料
摘要 卷积完全匹配层吸收边界 (Convloution perfectlymatched layer, CPML) 是一种有效的处理波动方程数值模拟中人工边界反射波的方法,但是,目前构建的卷积完全匹配层吸收边界多适用于一阶弹性波方程,难以直接应用于二阶弹性波方程. 为此,本文针对二阶弹性波方程,基于一阶方程CPML吸收边界条件推导了新的二阶方程的CPML边界条件 (New convolution perfectly matched layer, NCPML),其核心思想是在复数-频率域中忽略部分衰减因子空变特性,避免其在时间域产生复杂卷积算子,然后反变换至时间域得到基于 NCPML 吸收条件的二阶弹性波方程,并应用于弹性波数值模拟。数值模拟结果表明:衰减因子的空变特性对于吸收效果影响较小同时增加内存;对于边界反射的吸收效果上,NCPML稍微逊色于CPML吸收边界,但是相对于SPML吸收边界优势明显,最后通过模型测试验证了NCPML较常规PML吸收边界计算效率更高占用内存更小。
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关键词卷积完全匹配层   吸收边界条件   二阶弹性波方程   数值模拟     
Abstract: A convolution perfectly matched layer (CPML) can efficiently absorb boundary reflection in numerical simulation. However, the CPML is suitable for the first-order elastic wave equation and is difficult to apply directly to the second-order elastic wave equation. In view of this, based on the first-order CPML absorbing boundary condition, we propose a new CPML (NCPML) boundary which can be directly applied to the second-order wave equation. We first systematically extend the first-order CPML technique into second-order wave equations, neglecting the space-varying characteristics of the partial damping coefficient in the complex-frequency domain, avoiding the generation of convolution in the time domain. We then transform the technique back to the time domain through the inverse Fourier transform. Numerical simulation indicates that the space-varying characteristics of the attenuation factor have little influence on the absorption effect and increase the memory at the same time. A number of numerical examples show that the NCPML proposed in this study is effective in simulating elastic wave propagation, and this algorithm is more efficient and requires less memory allocation than the conventional PML absorbing boundary.
Key wordsConvolutional perfectly matched layer   absorbing boundary conditions   secondorder elastic wave equation   numerical simulation   
收稿日期: 2020-05-05;
基金资助:本研究项目由国家科技重大专项(编号:2016ZX05024-001-008)国家自然科学基金(编号:U1562215)资助。
通讯作者: Wu Guochen (Email: guochenwu@upc.edu.cn).     E-mail: guochenwu@upc.edu.cn
作者简介: 博士研究生。2021 年获得中国石油大学(华东)硕士学位,现在中国石油大学(华东)攻读博士学位,主要从事地球物理理论、方法与应用方面研究工作. Email:1477052477@qq.com
引用本文:   
. 一种改进的二阶弹性波卷积完全匹配层吸收边界[J]. 应用地球物理, 2021, 18(3): 317-330.
. An improved convolution perfectly matched layer for elastic second-order wave equation[J]. APPLIED GEOPHYSICS, 2021, 18(3): 317-330.
 
没有本文参考文献
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