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解決方案

地質(zhì)與地球物理

編輯:佚名 信息來(lái)源:本站原創(chuàng ) 發(fā)布時(shí)間:2010年02月10日 瀏覽次

超算有限元分析系統SciFEA—地質(zhì)與地球物理行業(yè)應用解決方案

1、行業(yè)計算模擬現狀

隨著(zhù)計算機技術(shù)的發(fā)展以及觀(guān)測水平的提高,數值模擬在地質(zhì)研究中得到越來(lái)越多的應用。以前必須通過(guò)實(shí)地觀(guān)測和試驗才能得到的結果,可以通過(guò)計算機數值模擬來(lái)實(shí)現;很多不可重復的過(guò)程,例如地球動(dòng)力學(xué)演化、大尺度長(cháng)時(shí)間的緩慢運動(dòng)等問(wèn)題,同樣可以通過(guò)數值計算來(lái)重現;而且數值方法已成為大多數反演過(guò)程不可缺少的重要組成部分。

在眾多的數值方法中,有限元方法以其嚴謹的理論、方便的操作、相對可靠的結果、利于計算機實(shí)現,尤其能夠方便的實(shí)現復雜幾何模型下的數值計算分析等優(yōu)點(diǎn),在地質(zhì)模擬中得到廣泛的應用。在資源勘探、地球動(dòng)力學(xué)、地震學(xué)等地球科學(xué)研究中,很多學(xué)者利用有限元方法取得了顯著(zhù)的成果。但是我們注意到,地質(zhì)中不斷提出的問(wèn)題對有限元的要求也越來(lái)越高,有限元數值方法的完善反過(guò)來(lái)大大促進(jìn)了地質(zhì)科學(xué)的發(fā)展?;诙辔锢眈詈系母咝阅苡邢拊獢抵的M必將在地震波場(chǎng)數值模擬、現代地質(zhì)運動(dòng)、地震孕育與觸發(fā)、盆地演化、地幔對流等方面發(fā)揮越來(lái)越顯著(zhù)的作用。

2、超算解決方案

SciFEA軟件提供的固體彈性、彈塑性、粘彈性模塊、熱固耦合模型、孔隙介質(zhì)模型、結構單元(桿、梁、板、殼)、彈簧單元、傳熱模塊(穩態(tài)、瞬態(tài))、點(diǎn)對單元、接觸模塊等,可以直接滿(mǎn)足地質(zhì)行業(yè)地震勘探、現代地質(zhì)運動(dòng)、盆地演化、地幔對流方面的計算需求。

超算科技為用戶(hù)提供針對地質(zhì)計算模擬的特定的處理技術(shù),如考慮地質(zhì)的非均勻性;考慮地質(zhì)體的生成與剝蝕;考慮冪率流體、彈塑性損傷等材料非線(xiàn)性;考慮地質(zhì)的褶皺等幾何非線(xiàn)性;考慮不同地質(zhì)體之間的碰撞、摩擦等邊界非線(xiàn)性問(wèn)題;考慮大尺度地幔對流時(shí)任意拉格朗日-歐拉描述;考慮地震破裂的節點(diǎn)分裂、地震波傳播模擬的吸收邊界、譜有限元技術(shù)等。

為滿(mǎn)足用戶(hù)計算結果分析的需要,超算科技提供可考慮不同時(shí)刻的斷層啟動(dòng)、傾斜斷層、地表不均勻地形、不均勻的地溫分布;可輸出區域任意點(diǎn)的變形速度、任意方位的庫侖應力、可用戶(hù)自定義摩擦模型和斷裂準則。

超算地質(zhì)行業(yè)解決方案圖,地質(zhì)與地球物理行業(yè)應用解決方案
超算地質(zhì)行業(yè)解決方案圖

 

為滿(mǎn)足用戶(hù)大規模計算的需要,超算科技提供用戶(hù)定制化的并行計算模塊開(kāi)發(fā)和并行計算咨詢(xún)服務(wù)。并行計算可以根據用戶(hù)預算的情況提供基于機群的MPI并行和基于GPU的眾核并行兩種解決方案。

3、應用案例

板塊推擠粘彈塑性接觸模擬分析

中國科學(xué)院青藏高原研究所為研究板塊推擠過(guò)程,采用彈塑性和粘彈性相結合的模型。上地殼采用彈塑性模型,屈服準則采用D-P準則和Von-Mises準則;粘彈性用Maxwell模型。模型要求考慮速度邊界、靜水壓力邊界、彈簧邊界三種邊界條件。按庫侖接觸準則考慮斷層的接觸效應,同時(shí)摩擦系數可隨時(shí)間變化。為考慮溫度場(chǎng)對地殼巖石特性的影響和地形變化對變形與應力的影響,可以根據數據文件給定模型的溫度場(chǎng)和地形。計算模擬時(shí)邊值、粘度可以隨時(shí)間變化,可以用函數的形式,也可以用分段的形式加以定義。

塑性-粘彈性接觸變形,地質(zhì)與地球物理行業(yè)應用解決方案
塑性-粘彈性接觸變形
塑性-粘彈性接觸應力,地質(zhì)與地球物理行業(yè)應用解決方案
 塑性-粘彈性接觸應力

地震位錯下孔隙介質(zhì)變形與應力分析

中國科學(xué)院地質(zhì)與地球所為模擬地震位錯發(fā)生時(shí)的孔隙壓力、地應力的變化,要求采用孔隙彈性本構關(guān)系,基于Biot固結理論考慮流固耦合的影響,模擬在給定的地震位錯條件下庫侖應力隨時(shí)間的變化、孔隙壓力隨時(shí)間的變化。計算考慮;靜水壓力;流體流量三種邊界條件,同時(shí)采用節點(diǎn)分裂法由地震反演得到的位錯數據模擬發(fā)震和震后地質(zhì)變形演化和庫侖應力、孔隙壓力演化。通過(guò)模擬反映了孔隙壓力在震后的規律性變化。

地震位錯后的孔隙壓力變化,地質(zhì)與地球物理行業(yè)應用解決方案
地震位錯后的孔隙壓力變化
三維地質(zhì)建模,地質(zhì)與地球物理行業(yè)應用解決方案
三維地質(zhì)建模

4、攜手計算

地質(zhì)計算由于物性、參數、邊界條件的許多不確定性,對于地質(zhì)的模擬相當困難,所以地質(zhì)行業(yè)有許多挑戰性的課題。超算科技將攜手廣大科技工作者結合理論、實(shí)驗和數值模擬共同面對這樣的挑戰。結合超算科技計算模擬技術(shù)積累,我們希望在以下具體的開(kāi)發(fā)方向上和您攜手進(jìn)行計算模擬分析與研究。
基于有限元的地震波模擬;
巖石損傷與破裂機理模擬;
地震孕育與觸發(fā)機理模擬;
孔隙介質(zhì)變形與動(dòng)力過(guò)程模擬;
地震發(fā)生的力學(xué)穩定性問(wèn)題;
地震導致的強地面運動(dòng)分析;
地質(zhì)運動(dòng)與前陸盆地形成機理研究。

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