탄성파 파동 방정식 모델링에서 중간점 차분 기법을 이용한 지표 경계 조건의 처리

The Treatment of the Free-surface Boundary Conditions by Finite-Difference Midpoint-Averaging Scheme for Elastic Wave Equation Modeling

지표 경계 조건은 유한 차분법을 이용한 탄성파 파동 방정식 모델링에서 수치해의 정확성을 떨어뜨리는 한편 포아송 비에 따른 해의 안정성을 제한하는 주 요인이 된다. 본 연구에서는 지표 경계 조건과 같은 Neumann 경계 조건의 처리에 효과적인 적분법(integration method)에 기반 하여 차분식을 유도하고, 이로부터 중간점 차분 기법을 제안하였다. 또한, 개발된 알고리즘을 Lamb의 문제에 적용하여 이론해와 비교함으로써 타당성을 검증하였다.

The free-surface boundary conditions are persistent problem in elastic wave equation modeling by finite-difference method, which can be summarized with the degradation of the accuracy of the solution and limited stability range in Poisson's ratio. In this paper, we propose the mid-point averaging scheme as an alternative way of implementing the free-surface boundary conditions, and present the solution to Lamb's problem to verify our approach.