Finite difference method using not general SSG(standard staggered grid) but RSG(rotated staggered grid) was applied to simulation of elastic wave propagation. Special free surface boundary condition such as imaging method is needed in finite difference method using SSG in elastic wave propagation but free surface boundary condition in finite difference method using RSG is easily solved with adding air layer. Recently PML(Perfectly Matched layer) is widely used to eliminate artificial reflection waves from finite boundary because of its' greate efficiency. Absorbing ability of CPML(convolutional Perfectly Matched Layer) that is more efficient than that of PML was applied to FDM using RSG in this study. The results of CPML eliminated artificial boundary waves very effectively in FDM using RSG in being compared with that of Cerjan's absorbing method.
Meza Fajardo, Kristel C.;Papageorgiou, Apostolos S.
Earthquakes and Structures
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v.3
no.3_4
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pp.383-411
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2012
The objective of the present paper is to review and implement the most recent developments in the Spectral Element Method (SEM), as well as improve aspects of its implementation in the study of wave propagation by numerical simulation in elastic unbounded domains. The classical formulation of the method is reviewed, and the construction of the mass matrix, stiffness matrix and the external force vector is expressed in terms of matrix operations that are familiar to earthquake engineers. To account for the radiation condition at the external boundaries of the domain, a new absorbing boundary condition, based on the Perfectly Matched Layer (PML) is proposed and implemented. The new formulation, referred to as the Multi-Axial Perfectly Matched Layer (M-PML), results from generalizing the classical Perfectly Matched Layer to a medium in which damping profiles are specified in more than one direction.
Finite difference method using not general SSG (standard staggered grid) but RSG (rotated staggered grid) was applied to simulation of elastic wave propagation. Special free surface boundary condition such as imaging method is needed in finite difference method using SSG in elastic wave propagation. But free surface boundary condition in finite difference method using RSG is easily solved with adding air layer or vacuum layer. Recently PML (Perfectly Matched layer) is widely used to eliminate artificial reflection waves from finite boundary because of its' greate efficiency. Absorbing ability of CPML (convolutional Perfectly Matched Layer) that is more efficient than that of PML and CPML that don't use splitting of wave equation that should be adapted to PML was applied to FDM using RSG in this study. Frequency absorbing characteristic and energy absorbing ability in CPML layer were investigated and CPML eliminated artificial boundary waves very effectively in FDM using RSG in being compared with that of Cerjan's absorbing method. CPML method also diminished amplitude of waves in boundary layer of solid-liquid model very well.
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.11
no.4
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pp.592-598
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2000
The existin Berenger's PML(Perfectly Matched Layer) cannot absorb evanescent modes effectively generated in waveguides or periodic array structures. Although some absorbing boundary conditons(ABC) were introduced to absorp the evanescent modes, they did not show sufficient performance or could not be applied easily because of their much difference from Berengers PML. In this paper, NPML(New PML) is introduced to absorb the evanescent modes by splitting the conductivity and permittivity profile of the Berengers PML. The proposed NPML is certified as an ABC having enough performance for evanescent and propagating modes by analyzing the global error and the reflectivity of a waveguide.
We modify the formulation of a recently developed absorbing boundary condition (ABC), the perfectly matched discrete layers (PMDL), to incorporate the excitation coming from the exterior such as earthquake waves. The modified formulation indicates that the effect of the exterior excitation can be incorporated into PMDL ABCs (traditionally designed to treat only interior excitation) simply by applying appropriate forces on the nodes connected to the first PMDL layer. Numerical results are presented to clearly illustrate the effectiveness of the proposed method.
The PML developed for the radio wave propagation is a powerful numerical domain truncation technique. We perform an analytic study on the reflection from the PML inserted in the ocean bottom. In the ocean bottom, we show the PML to have the improved performance but simultaneously the degeneration below the critical angle of the fast ocean bottom. The degeneration of the PML can be simply relaxed by stretching the thickness of the PML or putting the attenuation coefficient to the ocean bottom. As a better solution, we propose the improved truncation technique based on the PML and the non-local boundary condition. Finally, we apply the PML to the acoustic wave propagation using split-step Pade PE solver. For the problems of the ocean waveguide, the numerical efficiency of the PML is examined and the usefulness of the PML is confirmed.
Various numerical methods in simulation of seismic wave propagation have been developed. Recently an innovative numerical method called as the Spectral Element Method (SEM) has been developed and used in wave propagation in 3-D elastic media. The SEM that easily implements the free surface of topography combines the flexibility of a finite element method with the accuracy of a spectral method. It is generally used a weak formulation of the equation of motion which are solved on a mesh of hexahedral elements based on the Gauss-Lobatto-Legendre integration rule. Variational formulations of velocity-stress motion are newly modified in order to implement ADE-PML (Auxiliary Differential Equation of Perfectly Matched Layer) in wave propagation in 3-D elastic media, because a general weak formulation has a difficulty in adapting CFS (Complex Frequency Shifted) PML (Perfectly Matched Layer). SEM of Velocity-Stress motion having ADE-PML that is very efficient in absorbing waves reflected from finite boundary is verified with simulation of 1-D and 3-D wave propagation.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2012.04a
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pp.521-526
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2012
It is essential for the accurate time-domain prediction of broadband noise due to turbulence-cascade interaction to develop inflow/outflow boundary conditions to satisfy the following three requirements: to maintain the back ground mean flow, to nonreflect the outgoing disturbances and to generate the specified input gust. The preceding study(1) showed that Perfectly Matched Layer (PML) boundary condition was successfully applied to absorb the outgoing disturbances and to generate the specified gust in the time-domain computations of broadband noise due to interaction of incident gust with a cascade of flat-plates. In present study, PML boundary condition is extended in order to predict steady mean flow that is needed for the computation of noise due to interaction of incident gust with a cascade of airfoils. PML boundary condition is originally designed to absorb flow disturbances superimposed on the steady meanflow in the buffer zone. However, the steady meanflow must be computed before PML boundary condition is applied on the flow computation. In the present paper, PML equations are extended by introducing source term to maintain desired mean flow conditions. The extended boundary condition is applied to the benchmark problem where the meanflow around a cascade of airfoils is predicted. These illustrative computations reveal that the extended PML equations can effectively provide and maintain the target meanflow.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.22
no.7
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pp.685-691
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2012
It is essential for the accurate time-domain prediction of broadband noise due to turbulence-cascade interaction to develop inflow/outflow boundary conditions to satisfy the following three requirements: to maintain the back ground mean flow, to nonreflect the outgoing disturbances and to generate the specified input gust. The preceding study showed that perfectly matched layer(PML) boundary condition was successfully applied to absorb the outgoing disturbances and to generate the specified gust in the time-domain computations of broadband noise due to interaction of incident gust with a cascade of flat-plates. In present study, PML boundary condition is extended in order to predict steady mean flow that is needed for the computation of noise due to interaction of incident gust with a cascade of airfoils. PML boundary condition is originally designed to absorb flow disturbances superimposed on the steady meanflow in the buffer zone. However, the steady meanflow must be computed before PML boundary condition is applied on the flow computation. In the present paper, PML equations are extended by introducing source term to maintain desired mean flow conditions. The extended boundary condition is applied to the benchmark problem where the meanflow around a cascade of airfoils is predicted. These illustrative computations reveal that the extended PML equations can effectively provide and maintain the target meanflow.
Pakravan, Alireza;Kang, Jun Won;Newtson, Craig M.;Kallivokas, Loukas F.
Structural Engineering and Mechanics
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v.51
no.4
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pp.685-705
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2014
This paper presents a new formulation for forward scalar wave simulations in semi-infinite media. Perfectly-Matched-Layers (PMLs) are used as a wave absorbing boundary layer to surround a finite computational domain truncated from the semi-infinite domain. In this work, a hybrid formulation was developed for the simulation of scalar wave motion in two-dimensional PML-truncated domains. In this formulation, displacements and stresses are considered as unknowns in the PML domain, while only displacements are considered to be unknowns in the interior domain. This formulation reduces computational cost compared to fully-mixed formulations. To obtain governing wave equations in the PML region, complex coordinate stretching transformation was introduced to equilibrium, constitutive, and compatibility equations in the frequency domain. Then, equations were converted back to the time-domain using the inverse Fourier transform. The resulting equations are mixed (contain both displacements and stresses), and are coupled with the displacement-only equation in the regular domain. The Newmark method was used for the time integration of the semi-discrete equations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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