各向异性黏弹性介质伪谱法波场模拟

当地震信号通过复杂地球介质时，地层除了表现为各向异性，还表现为内在的黏弹性特征 因此，为准确描述地震波在地球介质中的传播特征，理想的地球介质模型应该能够模拟岩石 的各向异性特征和衰减特征.给出了各向异性黏弹性介质模型的波动方程，推导了伪谱法波场正演模拟的递推公式，并利用伪谱法实现了地震波波场数值模拟.表明了该介质模型中地 震波场特征与各向异性主轴方位和介质的黏滞性参数之间的关系. 关键词： 黏弹性 各向异性 伪谱法     

地下黏弹性介质波动方程及波场数值模拟

实际介质普遍具有黏弹性,波在传播过程中常伴有能量的耗散、相位畸变和频带变窄等,对于含有液体和气体的介质,衰减现象尤为突出.由于经典的波动理论未考虑介质的黏弹性效应,基于完全弹性假设的模拟波场和实际传播特征之间的差异明显,波动理论在工程技术中的应用效果还有提升的空间.在岩石物理中,品质因子Q是量化地震衰减强度的参数,为了...     

激光激发黏弹表面波有限元数值模拟

研究黏弹性材料中激光激发的Rayleigh波的传播特征. 考虑到黏弹性材料的黏性特征,在频域内建立黏弹性材料中激光激发Rayleigh波的有限元数值模型. 在验证有限元频域数值模型正确性的基础上,模拟脉冲激光作用在黏弹性材料上激发出Rayleigh波,进而讨论激光激发的黏弹Rayleigh波的传播特征,并比较黏弹性材料与弹性材料中激光激发的Rayleigh波差异,同时分析了材料的黏性劲度参量变化对Rayleigh波特征的影响. 关键词： 表面波 激光超声 有限元方法 黏弹性     

谱有限元模拟正交各向异性黏弹性材料中导波传播特性

研究了导波在正交各向异性黏弹性复合板中传播的色散特性、波结构及功率流密度。基于二维平面运动方程,采用谱有限元方法得到了导波色散的特征方程。分析了正交各向异性黏弹性板中各向异性和黏性对能量速度和波结构的影响,以及基底对导波功率流密度的影响。数值研究结果表明:导波沿纤维方向传播的能量速度大,材料的黏性对速度影响较小,但会减小波结构的幅度;在高频时,基底的存在使两个基本模态的功率流密度分别集中到波导的上下表面,形成弱色散、高衰减及无色散、零衰减的表面波。数值模拟结果为导波用于复合材料定量无损检测和性能评价提供理论依据。      

线性黏弹性各向异性介质速度频散和衰减特征研究

地层岩石既非各向同性的,也非完全弹性的,正确地描述波在地层中的传播需要搞清楚岩石的各向异性和黏弹性特征.针对裂缝性地层的裂缝发育方位问题,建立具有任意方位角的方位各向异性黏弹性本构关系.使用均匀平面简谐波分析方法研究其频散关系,得到Christoffel方程,进而获得均匀平面波的复速度、相速度、衰减系数和品质因子的表达式.通过黏弹性方位各向异性页岩和砂岩进行模拟,研究了波场在地层中的传播特征,如相速度、衰减系数和品质因子等随频率、方位和入射角的变化关系 关键词： 黏弹性 各向异性 相速度 衰减系数 品质因子     

方位电阻率成像仪（ARI）的三维有限元模拟

为了研究方位电阻率成像仪的定量解释方法，开发了一套能模拟方位电阻率成像仪在三维非均匀地层模拟中响应的三维有限元程序，在简化的地层模型中，将该程序与解析方法和二维有限差分方法进行了对比，结果表明此程序的误差不超过3％，在此程序得到验证后，用该程序考查了方位电阻率成在一些典型三维非均匀地层模型中的响应，结果表明此程序能为方位电阻率成像仪的定量解释提供支持。     

非均质各向异性地层中方位随钻电磁测井响应三维有限体积法数值模拟算法

方位随钻电磁测井是一种能够实时探测地层边界、实现地质导向与井眼成像的新型测井技术. 本文根据方位随钻电磁测井仪器的典型线圈系结构, 首先引入柱坐标系下非均质完全各向异性地层中电流源并矢Green函数, 并利用电磁场叠加原理给出倾斜发射线圈激发的电场以及倾斜接收线圈上感应电动势的计算公式; 然后应用电流源电场并矢Green函数的混合势克服非均质地层中电磁数值模拟的低感应数问题, 通过ρ 和z方向上Lebedev网格设法降低网格节点个数, 并且利用标准化算法确定柱坐标系下非均质单元上的等效电导率. 在此基础上, 用三维有限体积法建立柱坐标系电场混合势的离散方法, 得到一个交错网格上电场矢势和标势大型代数方程, 并用不完全LU分解以及稳定双共轭梯度法确定数值解. 最后, 通过数据模拟结果对算法的有效性进行检验, 并考察钻铤、线圈倾斜角度以及地层各向异性等参数对仪器响应的影响. 数值结果表明: 在柱坐标系下用三维有限体积法的数值模拟算法处理非均质各向异性层中方位随钻电磁测井响应可以得到很好的结果. 钻铤、电导率各向异性、层边界均对方位随钻电磁波测井响应产生较大的影响; 在电阻率较大的地层, 幅度比和相位差响应越小; 发射线圈和接收线圈同时倾斜时, 幅度比和相位差响应受地层的影响更灵敏.     

各向异性粘弹性孔隙介质地震波场伪谱法正演模拟

地球介质各向异性、粘弹性以及孔隙特征是地震资料描述油气储层时应综合考虑的. 建立了各向异性粘弹性孔隙介质模型，导出了各向异性粘弹性孔隙介质的弹性波波动方程，采用伪谱法正演模拟了各向异性粘弹性孔隙介质地震波，进行了其波场特征分析. 该研究有益于加深对地震波在实际地球介质中传播规律的认识.     

裂缝性地层黏弹性地震多波波动方程

裂缝检测是目前国内外石油勘探界研究的一个热点问题，如何确定裂缝方位等参数是石油公司面临的难题，而解决该难题就要确定裂缝方位等参数与地震波场传播之间的定量关系.但是目前所采用的裂缝性地层介质模型不能完全定量地反映裂缝的方位特征和衰减特征.针对该问题，建立了具有任意裂缝方位的裂缝性地层介质模型；并构造了时间增量的方法，将非线性的卷积积分采用近似的方法实现，建立了以位移场表示的具有任意方位角的黏弹性方位各向异性介质的波动方程.该波动方程定量地给出了黏弹性波场特征与裂缝走向的关系，描述了黏弹性地震波在这种介质中的 关键词： 裂缝 各向异性 黏弹性 波动方程     

各向异性渗流条件下弹性波的传播特征

研究了弹性波在非均匀裂纹孔隙介质中的传播特性,建立了各向异性喷射流模型.当弹性波通过裂纹孔隙介质时,由于波的扰动及裂纹和孔隙几何结构的不一致,导致在裂纹内部及裂纹与周边孔隙之间同时存在着流体压力梯度.此时的弹性波波动响应中包含着裂纹内连通性特征和背景孔隙渗透率信息.流体的动态流动过程使得介质的等效弹性参数为复数(非完全弹性),并且具有频率依赖性.当弹性波为低频和高频极限时,介质为完全弹性;当处于中间频段时,波有衰减和频率依赖.裂纹孔隙介质的各向异性连通性(渗透率)对应着各向异性特征频率(当渗流长度等于非均匀尺度时的弹性波频率),波的传播受到裂纹内连通性的影响.在一定频段内,随着裂纹厚度的增加,将出现第二峰值,峰值大小同时受到裂纹厚度和半径的影响.     

Azimuthal anchoring of a nematic liquid crystal on a grooved interface with anisotropic polar anchoring

Zhang Y J et al.[Zhang Y J,Zhang Z D,Zhu L Z and Xuan L 2011 Liquid Cryst.38 355] investigated the effects of finite polar anchoring on the azimuthal anchoring energy at a grooved interface,in which polar anchoring was isotropic in the local tangent plane of the surface.In this paper,we investigate the effects of both isotropic and anisotropic polar anchoring on the surface anchoring energy in the frame of Fukuda et al.’s theory.The results show that anisotropic polar anchoring strengthens the azimuthal anchoring of grooved surfaces.In the one-elastic-constant approximation(K11 = K22 = K33 = K),the surface-groove-induced azimuthal anchoring energy is entirely consistent with the result of Faetti,and it reduces to the original result of Berreman with an increase in polar anchoring.Moreover,the contribution of the surface-like elastic term to the Rapini-Papoular anchoring energy is zero.     

应用高阶有限元-局部共形完全匹配层算法分析电磁散射问题

提出局部共形完全匹配层在高阶有限元中的实现方法,用于分析三维电磁散射问题.基于定义在局部高阶单元上的实坐标、复坐标以及参数坐标三者之间的映射关系,局部共形完全匹配层不仅能够贴近复杂结构散射体的外廓形状设置截断区域,有效地缩减有限元分析区域,而且由于保证了较高的几何拟合精度,可以有效地提高数值计算结果的准确性.利用这种结合局部共形完全匹配层的高阶有限元方法分析不同目标的电磁散射特性,数值结果表明方法的正确性和有效性.     

涡流管冷却的旋转晶体窗口有限元分析

采用有限元分析方法,考虑到输出窗口在空间上的分布不均匀性,对白宝石、石英晶体窗口在光强分布均匀/不均匀、有/无冷却、是否旋转等各种情况下的温度场进行了分析和讨论.结果表明当光强分布不均匀时,采用旋转方法能有效地减小温度场的不均匀性;当对输出窗口进行强迫冷却时,输出窗口温度场不均匀性明显减小.因此采用涡流管冷却的旋转晶体窗口能有效改善输出窗口的输出特性.     

渗流自由面分析的比例边界有限元法

为确定渗流自由面,利用比例边界有限元法对二维稳定渗流场进行分析.通过比例坐标与直角坐标之间的转换,推导渗流问题的比例边界有限元方程.利用比例边界有限元空间降低一个维度,并在降维方向保持解析的特点,只对求解域边界进行离散.当比例中心选在坝体上游直线边界和坝体下面不可渗透直线边界交点时,只需离散自由面及其下游边界.并给出一种控制溢出点的控制点法.对二维坝体的稳态渗流场自由面问题进行分析并与实验结果比较.结论表明,该方法收敛快、结果较精确、数据准备工作量小.     

Finite-element analysis on performance and shear stress of cemented tungsten carbide anvils used in the China-type cubic-anvil high-pressure apparatus

Stress distribution in cemented tungsten carbide (WC) anvils is of primary interest in high pressure research, but is very difficult to determine experimentally. We have performed finite-element simulations to study the performance and the shear stress distribution of WC anvils used in the China-type cubic-anvil high pressure apparatus (SPD-6×2000). Our results show that in order to avoid failure cracks in high-stress areas, the maximum shear stress should be lower than 3.17 GPa for the WC anvils (8% cobalt). The simulations have been verified by high-pressure experiments. Our method of analyzing stress distribution helps in evaluating the ability of WC anvils, and would aid in designing a new anvil to enhance performance.     

Analytical methods for modeling of ultrasonic nondestructive testing of anisotropic media

Many modern structural materials exhibit anisotropic elastic behavior leading to complicated wave propagation phenomena. To ensure the reliability of ultrasonic nondestructive testing techniques, these material properties as well as the influence of microstructural inhomogeneities and the effects of interfaces on ultrasonic wave propagation have to be taken into account. In this respect, mathematical modeling provides an efficient method of assisting analysis. Two computationally efficient analytical approaches--a Gaussian beam and a point source superposition technique--are presented, which are well-suited for performing ultrasonic wave propagation and scattering simulations for anisotropic media. Results for homogeneous as well as inhomogeneous anisotropic media like composites and weld material are presented.