| 题名 | 有限差分方法研究随机介质的声波传播特性 |
| 作者 | 王东 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2005 |
| 授予单位 | 中国科学院声学研究所 |
| 授予地点 | 中国科学院声学研究所 |
| 关键词 | 声场 随机介质 统计 有限差分 |
| 其他题名 | Study of Acoustic field in a random medium with finite difference method |
| 中文摘要 | 声波理论、数据处理和成像技术研究的许多领域，例如超声检测、地震波勘探方面，复杂介质（特别是随机介质）声波传播问题研究一直倍受关注。本文研究目的是探索在分析具有随机分布特征的复杂介质声波传播特性中运用有限差分数值模拟算法的可能性。本文考虑的一个模型是在均匀弹性介质中随机分布着许多散射体，散射体尺寸接近于声波波长；模型以多孔岩石结构分析为基础，同时考虑非均匀和随机分布特性。本文编制了有限差分数值模拟算法程序，模拟计算了非均匀、随机介质的声场分布，得到了许多定量而有意义的结果；利用统计方法，在时间和频率域定量研究了随机分布特性和声波速度、幅度的关系，重点讨论了散射效应和大反差界面对声场的不同影响。另外，本文分析了几种自由边界的处理方法，重点考察了不同阶数的镜像方法和前向差分边界处理方法的精度。最后进行了随机介质样品的声场实验，把实验结果和模拟计算结果进行了对比，二者有较好的一致性。计算数值和结果表明：随机介质中纵波的速度和幅度与介质的随机分布特征如密度、数量和尺度有密切的关系；随机分布散射体越密集，速度变化越大；散射体和介质声阻抗的差异越大，对声波传播速度的影响也越大。基于有限差分的二维随机介质模型的声波传播模拟算法，可以方便地通过改变计算参数来扩展，达到解决实际问题的目的。有限差分算法在计算声阻抗有很大差异的界面时稳定性较差，这是由于算法本身造成的，但通过合理降低时间和空间步长参数可以避免这个问题。随机介质中声波传播问题的研究是一个非常广泛的研究课题，限于各种研究条件，本文还只是个开端，下一步研究工作的深化才能接近和解决实际问题。 |
| 英文摘要 | In many areas of acoustical method and imaging, the study of acoustic field in complex media (random media) has attracted increasing attention. The purpose of this work is developing an accurate and efficient numerical algorithm based on finite-difference for simulation of wave propagation in random media. In this paper we present an approach to solve the elastic wave propagating in complex random media. Based on random porous and heterogeneous features of rock, an ideal model is set up, the model is composed by one homogeneous media and lots of randomly distributed inclusions. Numerical algorithms based on finite-difference are used to model wave propagation in heterogeneous, random media and quantitative and valuable results are obtained. The relationship between velocity (amplitude) and randomly distributed characteristics is analyzed by a statistical approach in time and frequency domain. The free boundary condition is discussed and several technical methods are used and compared. An experiment under controlled conditions demonstrates the coherence between the simulation and the experimental results. Numerical studies demonstrate that wave amplitude and velocity in random media are affected by distributed characteristics (such as porosity and geometry scale). By changing numerical parameters, the 2-Dimension finite-difference algorithm can be expanded and used for practical of engineering problems. Wave propagation in random media is a wide research topic. The further working will fit to solve engineering problem. |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2011-05-07 |
| 页码 | 71 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://159.226.59.140/handle/311008/1010]  |
| 专题 | 声学研究所_声学所博硕士学位论文_1981-2009博硕士学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王东. 有限差分方法研究随机介质的声波传播特性[D]. 中国科学院声学研究所. 中国科学院声学研究所. 2005. |
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