基于MATLAB的双相介质波场模拟交错网格有限差分并行系统

资 源 简 介

本项目采用交错网格有限差分方法，高效模拟双相介质（如流体饱和多孔介质）中弹性波的传播。支持 2 到 4 阶精度离散格式，可捕捉纵波、横波的耦合效应，并具备波场快照记录功能，适用于地震波传播及多孔介质研究。

详 情 说 明

双相介质波场模拟的交错网格有限差分并行处理系统

项目介绍

本项目是一个基于交错网格有限差分方法的波场模拟系统，专门用于模拟双相介质（如流体饱和多孔介质）中的弹性波传播。系统采用双相介质Biot理论进行物理建模，支持2阶至4阶精度的离散格式自适应选择，能够准确模拟纵波、横波在不同相介质中的耦合传播效应。该系统具备完整的波场模拟、数据记录和可视化分析功能，适用于地震波传播模拟和声学材料研究等领域。

功能特性

• 双相介质建模：基于Biot理论，准确描述固体骨架和孔隙流体之间的力学耦合
• 多精度算法：支持2阶、4阶等不同精度的交错网格有限差分格式
• 并行计算：采用高效的并行处理架构，提升大规模模拟计算效率
• 完整波场分析：

- 波场快照记录（固体相位移场、流体相位移场） - 接收点时间序列记录 - 数值频散分析对比 - 计算精度验证

• 灵活的参数配置：

- 介质物理参数（密度、模量、孔隙特性等） - 网格与时间步长设置 - 多种震源类型和边界条件 - 自适应精度选择

使用方法

输入参数配置

1. 介质参数设置：配置固体骨架密度、孔隙流体密度、固体体积模量、流体体积模量、骨架剪切模量、孔隙度、渗透率、粘度等
2. 网格参数设置：定义空间网格尺寸、时间步长、模拟区域尺寸
3. 震源参数设置：选择震源类型（点源/面源），设置震源位置、主频率和震源时间函数
4. 边界条件设置：配置PML吸收边界的层数和衰减系数
5. 精度设置：选择离散格式精度等级（2阶或4阶）

运行模拟

配置完成后运行主程序，系统将自动执行波场模拟计算，并在计算过程中记录所需的输出数据。

输出结果

系统生成以下分析结果：

• 波场快照分布图
• 接收点时间序列曲线
• 数值频散对比分析
• 精度验证报告
• 性能指标统计

系统要求

• 操作系统：Linux/Windows/macOS
• 内存要求：最低8GB，建议16GB以上（根据模拟规模调整）
• 存储空间：至少10GB可用空间（用于波场数据存储）
• 并行环境：支持MPI并行计算环境
• 软件依赖：MATLAB或兼容的数值计算环境

文件说明

主程序文件整合了系统的核心功能模块，实现了从参数初始化到结果输出的完整工作流程。该文件主要负责介质参数和计算网格的建立、交错网格有限差分算法的执行、波动方程的数值求解、边界条件的处理以及波场数据的实时记录。同时，它协调并行计算任务的分配，管理时间步进过程，并调用可视化模块生成波场快照和数据分析图表。程序还包含精度验证机制，可自动进行数值频散分析和计算误差评估。