• 지구물리와물리탐사
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• 제15권3호
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• pp.121-128
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• 2012

탄성파의 수치 모델링은 유한한 경계에서 발생하는 인공적인 반사파의 제거를 위한 경계조건을 필요로 한다. 이 연구에서는 주파수영역의 탄성파 수치 모델링에 CFS-PML (Complex Frequency Shifted-Perfectly Matched Layer) 경계조건을 적용하였다. 수치모델링 검증을 위해 Lamb's Problem의 해석해와 수치모델링 결과를 비교한 결과 일치하였다. 모형 내의 운동에너지, 최대크기오차, 그리고 스펙트럼오차를 통하여 CFS-PML경계조건이 기존의 흡수경계조건들 보다 유한경계에서 발생한 인공적인 반사파를 효과적으로 제거할 수 있음을 확인하였다. CFS-PML경계조건의 변수 ${\kappa}_{max}$와 ${\alpha}_{max}$의 최적값은 운동에너지를 이용하여 산정할 수 있었다. 또한, 주파수에 따른 함수로 정의된 ${\alpha}_{max}$를 변수로 갖는 변형된 CFS-PML경계조건을 제안하여 기존 PML경계조건, CFS-PML경계조건, 그리고 변형된 CFS-PML경계조건의 성능을 운동에너지, 최대크기오차, 스펙트럼 오차로 비교하였다. 기존 PML경계조건에서 나타난 스쳐가는 입사각에 대한 반사파 문제가 CFS-PML경계조건, 그리고 변형된 CFS-PML경계조건에서는 개선되었다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제15권2호
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• pp.57-65
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• 2012

탄성파 수치 모형 계산에 있어서 다양한 방법들이 개발되어 적용되었다. 최근에는 특히 탄성파 수치 모형 계산에 있어 혁신적인 방법인 SEM (Spectral Element Method)가 개발되어 사용되어 왔다. 이 방법은 지형을 자유롭게 표현하는데 있어 유연한 유한요소법의 장점에 정확성을 높인 방법이다. 일반적으로 Weak Formulation 형태의 파동방정식에 육면체 요소와 Gauss-Lobatto-Legendre 적분법을 적용한 방법이 널리 사용된다. 일반적인 SEM에서는 PML (Perfectly Matched Layer)경계조건을 적용하기 어려워 속도-응력 변분식으로 파동방정식을 변경하였다. CFS-PML (Complex frequency Shifted PML)경계조건을 ADE (Auxiliary Differential Equation)방정식으로 변경하여 속도-응력 파동방정식에 적용함으로써 분리할 필요가 없는 PML을 적용한 SEM 수치 모형 계산 알고리듬을 구현하였다. 1차원 수치모형과 3차원 수치모형 실험을 통하여 SEM에 적용한 비분리 CFS-PML이 유한경계에서 인공적으로 반사되는 반사파를 효과적으로 제거하는 것을 확인하였다.