各向异性网格
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二维各向异性介质中地震波场的高阶同位网格有限差分模拟祝贺君;张伟;陈晓非【期刊名称】《地球物理学报》【年(卷),期】2009(052)006【摘要】本文将DRP/opt MacCormack有限差分格式用于模拟二维各向异性介质中的地震波传播.DRP/optMacCormack是一种同位网格下的差分格式,避免了传统的交错网格在计算各向异性问题时由于变量插值而导致的误差.而且相对于低阶同位网格差分格式,它具有低色散、低耗散的优点.此格式将中心差分算子分成前向和后向两个空间单边差分,然后在4-6步Runge-Kutta时间积分中使用单边差分组合.在具有垂直对称轴的横向各向同性(VTI)模型下,通过对比DRP/opt MacCormack有限差分和谱元方法的模拟结果,验证了前者具有很高的精度和稳定性.由于实际地质条件下TI介质的对称轴通常是倾斜的(TTI),本文在二维三分量框架下模拟TTI介质中的地震波场.结果显示横波分裂和切平面/反平面运动耦合的特征.数值实验表明DRP/opt MacCormack是一种有效的研究各向异性介质中地震波传播规律的差分格式.【总页数】11页(P1536-1546)【作者】祝贺君;张伟;陈晓非【作者单位】北京大学,地球与空间科学学院计算地球动力学实验室,北京,100871;北京大学,地球与空间科学学院计算地球动力学实验室,北京,100871;Graduate School of Oceanography,University of Rhode Island,USA;中国科学技术大学,地球和空间科学学院,蒙城地球物理国家野外观测研究站,合肥,230026【正文语种】中文【中图分类】P631【相关文献】1.任意倾斜各向异性介质中弹性波波场交错网格高阶有限差分法模拟 [J], 裴正林;王尚旭2.地震波场的高阶交错网格有限差分模拟 [J], 霍凤斌;李振鹏;徐发;张涛;3.基于高阶交错网格有限差分的隧道超前探测地震波场模拟 [J], 张焕钧;陈祖斌;李昊;杨兴林4.基于高阶交错网格有限差分的隧道超前探测地震波场模拟 [J], 张焕钧;陈祖斌;李昊;杨兴林5.二维弹性及粘弹性TTI介质中地震波场数值模拟:四种不同网格高阶有限差分算法研究 [J], 孙耀充;张延腾;白超英因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
各向异性网格
在流场中,梯度变化剧烈的地方,如边界层和激波区域,流场呈现各向异性,在求解各向异性流场时,各向异性网格在这些区域中应该有很好的适应性。
目前关于三角形网格的生成,主要采用Delaunay方法,或其修正方法(Gridgen/pointwise),其网格生成关键是距离测量,要求三角形的外接圆不包含其他节点在内,由于节点所在空间各方向的伸展度均与一致,故生成的单元也最大程度地满足了与方向无关的要求,单元在形状上夜更接近正三角形。
各向异性网格是指网格单元沿某一方向的伸展度较大,而沿另一方向的伸展度较小,单元的形状扁平。
在主流区域由于流场的各向同性,应用各向同性网格是一个很好的选择,因此在常见的商用软件中,非结构网格一般都是各向同性的,因为他们并没有捕捉边界层区域,特别是第一层厚度,即y+值,因此各向同性网格在CFD计算中的对一些问题是不适用的,如在下面一些情况不宜采用各向同性网格:
1、边界层区域,如果在边界层区域采用各向同性网格,那么网格数量将会使巨大的,是目前软件和硬件技术水平所部能承受的。
2、分块网格。
在分块网格中,需要保持穿越网格边界时网格尺寸的近似连续,以便降低认为因素对CFD计算结果的影响。
如图1所示,交界面网格尺寸不连续,这是不好的网格。
3、在形状上,如果表面元素自身是各向异性的。
那么各向异性网格在既可以捕捉关键的几何特征又可以保持网格数量在一个合理的范围。
4、
所以在上述三个问题区域中,采用各向异性网格是一个理想的选择,而采用各向异性网格时,不宜用aspect ratio参数来评价网格质量,因为不管是各向异性结构还是非结构网格,其aspect ratio都是很大的。
在Gridgen/Pointwise中各向异性三角形/四面体网格主要是通过表面变形和顶点变形的方法实现的,如果生成的网格质量没有满足指定值,那么通过最速下降法对网格进行优化,直到满足质量要求,否则会放弃。
Pointwise公司把这项技术称为T-Rex(Anisotropic Tetrahedral Extrusion),其是一项可以在复杂几何形状边界区域快速生成高质量的边界层网格和空间网格,并且可以对网格畸变参数:Equi-Volume,Equi-Angle,Centroid和Max Angle进行控制。
在Gridgen/Pointwise中网格质量一般是检查Max. Included Angle or/and Skewness Centroid。