多尺度有限差分方法求解波动方程

小波分析是多尺度分析方法,本文利用具有紧支集的正交小波变换对有限差分方程进行空间多尺度近似,提出适合于层状介质波传问题数值计算的多尺度有限差分方法,将波动方程的求解转换到小波域中进行。利用小波基的自适应性与消失矩特性,有效减少了计算量、提高了稳定性,扩大了可求解的速度范围。地球物理勘探中的数值实例显示了算法具有良好效率。     

Boussinesq方程的发展形式与Airy波理论差异性研究

应用势流理论，采用递推函数方法推导出一个新形式的Ｂｏｕｓｉｎｅｓｑ方程。通过对新方程的参数设置，可以讨论出Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程发展趋势和不同的发展形式。对浅水波动的描述方程，Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程的发展趋势为适用水深范围的拓展。拓展应用范围的大小则由其方程频散特征向Ａｉｒｙ波频散解逼近程度来决定。而Ｂｏｕｓｉｎｅｑ方程又不同于Ａｉｒｙ波，主要原因是Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程中含有线性频散项，Ａｉｒｙ波则只是长波首项近似，无线性频散项。其频散特征为精确的线性频散解。对实际水波传播而言，Ａｉｒｙ波理论的局限性是不言而喻的。     

两层流体中二维非线性界面波的演化方程

给出两水平固壁间两层不可压缩理想流体中二维非线性界面波的演化方程. 首先建立出这个演化方程,并由此方程在一定条件下得到二维非线性界面长波满足的近似方程. 然后从理论上证明这个长波近似方程包含了以下两个描述一阶界面升高的著名的浅水孤立波方程：Korteweg-de Vries(KdV)方程和Kadomtsev-Petviashvili(KP)方程. 所得特殊结果与前人的一致, 表明所建立的二维非线性界面波演化方程正确且具有一般性.     

半空间SH波方程非线性井间双参数反演

以半空间的ＳＨ波方程出发,采用Ｂｏｒｎ迭代法求解半空间弹性介质中密度和剪切模量分布的非线性反演问题。首先,采用矩量法和正则化方法,给出井间反演积分方程的离散形式,然后应用Ｂｒｏｎ迭代法求解非线性反演问题。     

被介质包围的非线性弹性杆波动方程的精确解

应用推广的tanh函数方法对被介质包围的非线性弹性杆波动方程进行了求解．得到了该方程的精确孤波解,对部分结果通过数值模拟得到了解的图像．本文获得的结果完善了相关文献已有的研究成果．从求解过程可以看出,推广的tanh函数方法是一种简便有效的方法,可用于求解其它非线性方程或方程组．     

孤立波与多孔介质结构物的非线性相互作用

基于精确至O(εμ2,μ4)的多孔介质无压渗流模型方程和均匀流体介质波动的Boussinesq方程,本文对孤立波与多孔介质结构物的相互作用进行了较系统的数值实验。控制方程采用基于有限差分方法离散,在时域上采用了预估--校正方法进行时间积分。在求解演化方程的过程中,引入\"内迭代\"过程实现流体域和多孔介质交界面的连接条件。结果表明孤立波在多孔介质上的反射与在不可渗透的界面上的反射类似,形成反向的孤立波但波高小。多孔介质内的渗流形态呈耗散波状。当渗透系数一定时,孤立波的反射系数随有效孔隙率的增大而减小;当有效孔隙率一定时,反射系数则随渗透系数的增大而减小。     

考虑表面张力的非传播孤立波

本文考虑了表面张力,用多重尺度法导出了与立方 Schrodinger 方程相类似的非传播孤立波的基本方程,得到了非传播孤立波解。用毛细重力波理论解释了非传播孤立波横向谐振中波峰尖、波谷平的原因。在σ～kh 平面上首次给出了可产生非传播孤立波的二个参数区,但现有的实验点都在区域(1)中。     

非均匀水流中非线性波传播的数值模拟

以一种考虑波流相互作用的新型{Boussinesq}型方程为控制方程组,采用五阶{Runge}-{Kutta}-{England}格式离散时间积分,采用七点差分格式离散空间导数,并通过采用恰当的出流边界条件,从而建立了非均匀水流中非线性波传播的数值模拟模型. 通过对均匀水流与水深水域内和潜堤地形上存在弱流或强流时波浪传播的数值模拟,说明模型能有效地反映水流对波浪传播的影响.     

非传播孤立波和表面张力

讨论关于表面张力的实验与理论分析之间的矛盾．把表面张力的能量当作高阶小量、导出了非传播孤立波的基本方程,得到的解与实验结果相符．     

非圆截面杆中非线性扭转波方程的解析求解

研究了非圆截面杆中非线性扭转波动方程的精确求解问题.利用直接积分与微分变换相结合的方法,得到了该方程的隐式通解.通过对积分常数和方程系数的不同情形的讨论,给出了该方程三角函数、双曲函数、椭圆函数、指数函数以及它们的组合形式的解,分别对应于非线性扭转波的孤立波、周期波以及冲击波等多种传播形式.     

Propagation of the Energy of Nonlinearly Elastic Plane Waves

The propagation of the energy of nonlinearly elastic plane waves in a Murnaghan material is simulated on a computer. The velocity of energy propagation is found in an explicit form. A procedure of determining the critical values of the time and space coordinates for the given material is described. The resultant plots are discussed and analyzed     

促进其线性频散特征另一种形式的Bousinesq方程

Ｂｏｕｓｉｎｅｓｑ方程能够用于模拟表面重力波传播过程中的折射、绕射、反射以及浅化,非线性作用等现象．用不同垂直积分方法所得到的二维Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程形式具有不同的线性频散特征．采用两个不同的水深层的水平速度变量组合,推导出一个新形式的Ｂｏｕｓｉｎｅｓｑ方程．通过对其参数的设置可得到精确的线性频散解Ｐａｄｅ近似４阶精度．其适用范围已由原来的浅水,向深水拓进．相速误差小于２％,其拓展适用范围可达到０８个波长水深．应用所得到的新型Ｂｏｕｓｉｎｅｓｑ方程,采用有限差分法,对经典工况进行了数值模拟,其计算结果表明,计算值与物模实验值吻合较好．这说明本文新形式的Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程对变水深非线性效应所产生的能量频散有着较为精确的描述     

垂直激励圆柱形容器中的表面波特性研究

利用奇异摄动理论的两时间变量展开法，研究了垂直强迫激励圆柱形容器中的单一水表面驻波模式。假设流体是无粘、不可压且运动是无旋的，在忽略了表面张力的影响下，得到一个具有立方项以及底部驱动项影响的非线性振幅方程。对上述方程进行了数值计算，并研究了特定(3，4)模式的表面驻波结构和特性，如驻波的节点分布及随某些参数的变化规律等，从计算的等高线的图象来看，和以往的实验结果相当吻合。     

促进其线性频散特征另一种形式的Bousinesq方程

Ｂｏｕｓｉｎｅｓｑ方程能够用于模拟表面重力波传播过程中的折射、绕射、反射以及浅化，非线性作用等现象．用不同垂直积分方法所得到的二维Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程形式具有不同的线性频散特征．采用两个不同的水深层的水平速度变量组合，推导出一个新形式的Ｂｏｕｓｉｎｅｓｑ方程．通过对其参数的设置可得到精确的线性频散解Ｐａｄｅ近似４阶精度．其适用范围已由原来的浅水，向深水拓进．相速误差小于２％，其拓展适用范围可达到０８个波长水深．应用所得到的新型Ｂｏｕｓｉｎｅｓｑ方程，采用有限差分法，对经典工况进行了数值模拟，其计算结果表明，计算值与物模实验值吻合较好．这说明本文新形式的Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程对变水深非线性效应所产生的能量频散有着较为精确的描述     

A triangular quasi-conforming finite element for transient dynamic analysis

A type of 3 node triangular element is constructed by the Quasi-conforming method, which may be used to solve the equation of a type of inverse problem of wave propagation after Laplace transformation Δu−A ² u=0. The strains in the element are approximated by an exponential function and the string-net function between neighbouring elements is approximated by one dimensional general solution of the equation. Furthermore the strain field satisfies the equation, and therefore in the derivation of the element formulation, no shape function is needed. In this sense, it is a kind of hybrid element. Compared with the ordinary linear triangular element, the new one features higher precision with coarse meshes. Some numerical tests are presented. The project is supported by the National Natural Science Foundation of China.