Development of an infinite element boundary to model gravity for subsurface civil engineering applications
Development of an infinite element boundary to model gravity for subsurface civil engineering applications
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开发无限元边界来模拟地下土木工程应用的重力
DOI：
10.1002/nag.3027
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发表时间：
2019
影响因子：
4
通讯作者：
Haji T
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Haji T
准确的重力模型对各种问题至关重要，包括但不限于确定掩埋物体。重力是一个无界问题，这给数值模型的应用带来了挑战，即：e..，在指定相关边界条件时会导致计算困难。为了解决这个问题，以前的研究倾向于生成人工边界条件，例如，截断模拟域并添加许多不切实际的零密度层，这会引入更多未知参数和不必要的过多计算时间。为了克服这种不准确性，本文提出了一个创新的发展有限元建模技术，这是一个步骤的变化，在重力正演模拟领域。提出了一种仅使用一层无限元来再现远场边界效应的无限元综合公式。开发的模型大大减少了计算时间，同时获得高精度。该模型对问题的精确解进行了验证，其结果显示出良好的性能。所提出的方法可以显着改善后处理和解释阶段的数据分析相关的微重力传感器。新方法适用于地下土木工程，虽然它的适用性是多方面的。
The accurate modelling of gravity is of crucial importance for a variety of issues including, but not restricted to, the identification of buried objects. Gravity is an unbounded problem, which causes challenges when applying numerical models, i..e.., it results in computational difficulties when specifying the relevant boundary conditions. In order to address this, previous research has tended to generate artificial boundary conditions, e.g., truncating the simulated domain and adding many unrealistic zero‐density layers, which introduces more unknown parameters and unnecessarily excessive computational time. In order to overcome such inaccuracies, this paper proposes an innovative development of the finite element modelling technique, which represents a step change in the field of gravity forward modelling. A comprehensive formulation of an infinite element to reproduce the far‐field boundary effect using only one layer of infinite elements is presented. The developed model considerably reduces the computational time while obtaining high degrees of accuracy. The model is validated against the exact solution of the problem, and its results show an excellent performance. The proposed method can significantly improve the postprocessing and interpretation stages of data analysis relevant to micro‐gravity sensors. The new method is applied to subsurface civil engineering although its applicability is manifold.
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