常规分裂和非分裂完全匹配层吸收边界比较研究

分别对常规分裂和非分裂完全匹配层吸收边界在完全弹性介质和孔隙介质的应用效果进行了比较研究。比较了两种吸收边界应用于完全弹性介质和孔隙介质所需计算量、存储量大小以及吸收效果。为比较吸收效果,首先给出两种吸收边界下声场快照图的比较,然后利用吸收边界附近的接收点波形,计算和分析了两种吸收边界在固定入射角度处随时间变化的边界反射幅度,以及对不同入射角度声波的边界反射系数。研究结果表明,无论是完全弹性介质还是孔隙介质,常规非分裂完全匹配层吸收边界比分裂完全匹配层吸收边界对垂直入射乃至一般入射角度的声波都有更好的吸收效果,但需要更大的存储量和计算量。      

孔隙介质与液体界面上波动方程数值模拟的改进 方案——MPML边界条件的应用*

由于波场数值模拟的计算区域是有限的,为了压制截断边界造成的人工边界反射,通常采用完全匹配层作为吸收边界条件。但是在含液-固界面的弹性介质中进行正演模拟时,完全匹配层边界条件容易造成稳定性方面的问题。因此,该文将多轴完全匹配层应用于该类介质的正演模拟,以改善完全匹配层边界条件引起的不稳定问题。通过在具有弹性海底的海洋环境模型以及充填液体的井孔模型中进行弹性波方程的正演模拟,分别采用传统的完全匹配层和多轴完全匹配层作为吸收边界条件,对比验证了多轴完全匹配层在含液-固界面弹性介质中数值模拟的有效性和稳定性。     

卷积完全匹配层在空爆电磁脉冲2维模拟中的应用

 在分析不同类型完全匹配层特点的基础上，选用了卷积形式完全匹配层（CPML）截断空中核爆电磁脉冲数值模拟的开放边界。从自由空间中电磁波的平面波解和分裂形式的完全匹配层出发，构造了未分裂形式的完全匹配层，应用傅里叶变换的卷积定理，推导出2维旋转椭球-双曲正交坐标系下卷积形式完全匹配层介质中电磁场的迭代形式的离散方程。计算表明，采用CPML吸收边界方法使得截断的外边界处的场的计算误差大大减少。     

二阶声场波动方程的非分裂完全匹配层算法

在声场仿真中,完全匹配层(Perfectly Matched Layer,PML)是一种十分有效的吸收边界并得到广泛应用。为了解决基于二阶声场波动方程数值仿真中的吸收边界问题,提出了一种非分裂PML算法。首先,基于伸缩坐标变换,推导了PML算法的频域表达式。然后,通过构造辅助微分方程,得到了非分裂PML的时域表达式。最后,进行了相关理论分析和数值仿真,结果表明:相对于已有的声场分裂PML算法,该算法在保持相同的吸收效率的同时,能较大地节约存储空间,提高计算效率,且更易于实现。      

基于时域有限差分算法改进卷积完全匹配层的稳定性

为了克服时域有限差分算法中卷积完全匹配层对消逝波吸收效果差的缺点,提出一种在卷积完全匹配层后添加特殊吸收层的方法.在不增加物体与吸收层内层距离的情况下,通过调节特殊吸收层中两个衰减因子,使其为常数,并令吸收因子逐层从1增加到10,来增强吸收层对消逝波的吸收性能.平面波垂直入射到单层光子晶体的算例表明,添加了特殊吸收层的吸收边界在与散射体相距5个网格的情况下仍能够保持计算结果收敛,而传统的吸收边界则需要相距80个网格才能保证结果收敛,说明该方法提高了对消逝波的吸收性能.进一步在结构中采用此吸收边界来计算多层光子晶体的传输特性曲线,并将其与常规方法计算所得结果做比较,两种结果吻合较好.数值算例验证了该方法的有效性和正确性.     

共形完全匹配层按层积分算法

基于共形完全匹配层(CPML)吸收边界,构造一种共形完全匹配层矢量单元按层积分算法,将多层单元积分运算叠加到一层单元中进行,用多层单元剖分,以一层单元计算矩阵元素,即保留了多层单元的几何和材料信息,又减少了单元数量和计算量.数值算例表明,这种按层积分CPML吸收效果好,计算量小,可靠,高效.     

截断磁等离子体三维M-NPML吸收边界条件

研究三维截断磁化等离子体介质新型完全匹配层(NPML)吸收边界条件(ABC),提出应用于截断色散介质修正的M-NPML,该方法根据NPML坐标变换原理,对麦克斯韦方程中对空间偏导的变量进行坐标拉伸,得到在NPML吸收边界中修正的麦克斯韦方程组.该吸收边界只把对空间偏导的变量进行坐标拉伸,操作简单,避免了PML方法在截断普通介质时采用复杂的场分裂形式,同时比单轴各向异性完全匹配层(UPML)吸收边界截断磁化等离子体介质更加简单,编程复杂度大大降低.算例仿真结果与解析解相符,证实了该算法的有效性.     

基于时域有限差分法的液晶光学特性模拟

研究了模拟光在液晶中传播的时域有限差分(FDTD)法。该方法采用完全匹配层吸收边界条件来截断计算区域,通过独立计算总场区域与散射场区域的左连接边界和右连接边界上的入射场场值来实现非周期结构的平面波波源引入,并提出了分裂场一维辅助FDTD方法来计算含有非均匀各向异性介质的边界上的入射场场值。实现了平面波源入射下具有非周期结构的液晶器件光学特性计算。对开态下扭曲向列相液晶盒的仿真结果表明,30°入射时散射区透射率的最大泄漏误差小于3%,可知该方法对非周期、非均匀各向异性介质光学特性分析是有效的。     

截断各向异性等离子体的修正各向异性完全匹配层吸收边界

 基于磁化等离子体本构方程,提出了一种截断各向异性色散介质的修正的各向异性完全匹配层(M-UPML)吸收边界算法。通过等效相对介电常数,将UPML推广到截断各向异性等离子体介质的情形,并推导了其时域有限差分方法(FDTD)迭代式。用该方法计算了半空间磁化与非磁化等离子体的反射系数,计算结果与解析解相一致,表明该吸收边界具有良好的吸收效果。     

截断各向异性等离子体的修正各向异性完全匹配层吸收边界北大核心CSCD

基于磁化等离子体本构方程,提出了一种截断各向异性色散介质的修正的各向异性完全匹配层(M-UPML)吸收边界算法。通过等效相对介电常数,将UPML推广到截断各向异性等离子体介质的情形,并推导了其时域有限差分方法(FDTD)迭代式。用该方法计算了半空间磁化与非磁化等离子体的反射系数,计算结果与解析解相一致,表明该吸收边界具有良好的吸收效果。