Помощь в учёбе, очень быстро...
Работаем вместе до победы

Алгоритмы расчета аномального поля 2D и 3D сильно намагниченных тел и их реализация в среде Unix

Диссертация: Алгоритмы расчета аномального поля 2D и 3D сильно намагниченных тел и их реализация в среде Unix
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Результаты исследований и основные положения диссертации докладывались на 8-th Scientific Assembly of IAGA with ICMA and STP Symposia. 4−15 Aug. 1997, Uppsala, Sweden, на 67-th Annual Meeting of Society of Exploration Geophysicists, New Orleans, Louisiana, September 13−18, 1998, на международной конференции «Проблемы геодинамики, сейсмичности и минерагении подвижных поясов и платформенных… Читать ещё >

Содержание

  • Глава 1. Алгоритм определения магнитного поля неоднородных тел, основанный на объемном векторном интегральном уравнении
    • 1. 1. Объемные и поверхностные интегральные уравнения, особенности подходов при численном решении.". ««б
    • 1. 2. Вывод интегрального уравнения для напряженности магнитного поля магнетика в двумерном случае. Трехмерный аналог
    • 1. 3. Дискретизация интегрального уравнения, связь с теоремой Пуассона
    • 1. 4. Компоненты тензора Грина в двумерном случае, вычисление в комплексной области
  • Глава 2. Исследование алгоритма
    • 2. 1. Аналитические модели для тестирования алгоритма
    • 2. 2. Анализ кривых насыщения в двумерном случае. ,
    • 2. 3. Анализ кривых насыщения в трехмерном случае
    • 2. 4. Анализ симметрии внутреннего поля
    • 2. 5. Исследование устойчивости внутреннего и внешнего поля при большом числе разбиений
    • 2. 6. Разрушение внутреннего поля
  • Глава 3. Программные комплексы для 2D и 3D случаев в ОС Unix
    • 3. 1. Операционная система Unix
    • 3. 2. Пакет программ МАГЛАБ-П для двумерного моделирования,
    • 3. 3. Некоторые алгоритмы вычислительной геометрии, использованные при создании комплекса Маглаб-П
    • 3. 4. Моделирование аномального поля в горной выработке
    • 3. 5. Примеры подбора наблюденного поля
    • 3. 6. Пакет программ МАГЛАБ для трехмерного моделирования
    • 3. 7. Моделирование эффекта подмагничивания Манчажской региональной магнитной аномалии вариациями земного поля

Алгоритмы расчета аномального поля 2D и 3D сильно намагниченных тел и их реализация в среде Unix (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Актуальность исследования

Уровень исследований современной магнитометрии непрерывно улучшается, появляются новая высокочувствительная и стабильная аппаратура, новые методы навигации, методики учета естественных и искусственных помех, что позволяет получать значения аномального магнитного поля с недоступной ранее точностью. Неотъемлемой частью магниторазведки в наши дни является широкое применение современных машинных методов решения прямых и обратных задач. Необходимо дальнейшее развитие алгоритмического и программного обеспечения для численного решения прямых задач магнитометрии и интерпретации методом подбора в случае неоднородной магнитной восприимчивости рудных и некоторых региональных объектов. Необходимо внедрение в практику математического моделирования свободно распространяемых операционных систем, альтернативных MS DOS и Windows, имеющих некоммерческий характер и создающих обширные возможности для научно-технических расчетов.

Цель работы — создание свободно распространяемого, некоммерческого программного обеспечения для моделирования напряженности аномального магнитного поля в сложно построенной и сильно намагниченной геологической среде.

Задачи исследования.

1. Разработка нового алгоритма для вычисления магнитного поля от совокупности 2D многоугольных неоднородных по магнитной восприимчивости призм на основе объемного векторного интегрального уравнения для напряженности.

2. Создание программных комплексов в ОС U№X для моделирования напряженности магнитного поля неоднородных 2D и 3D объектов.

3. Исследование эффективности различных методов дискретизации объема и решения системы линейных алгебраических уравнений, описывающих внутреннюю напряженность магнитного поля в неоднородном объеме или совокупности объемов.

4. Иллюстрация эффективности разработанного алгоритма и пакетов программ на практических примерах.

Научная новизна.

1. Для интегрального уравнения Фредгольма 2-го рода, описывающего напряженность сильно намагниченного тела или совокупности тел с неоднородными магнитными свойствами в двумерном случае, выполнена дискретизация и предложен алгоритм вычисления компонентов тензора Грина для треугольного сечения, сочетающий интегрирование в плоскости действительных переменных с формулой A.B. Цирульского для внешнего логарифмического потенциала многоугольного контура.

2. Предложенный алгоритм реализован в системе научных расчетов SCILAB в ОС UNIX, основанной на принципах модульности и открытости, что позволяет рационально организовать взаимодействие с программным комплексом, и осуществлять видоизменение и развитие программ.

Основные защищаемые положения сформулированы в заключении диссертации.

Практическая значимость.

Разработанные пакеты программ Маглаб и Маглаб-П позволяют получить численные решения для напряженности магнитного поля совокупности неоднородно и сильно намагниченных 2Е) и ЗБ объектов. Пакеты могут быть применены для изучения многих проблем магнитометрических исследований. В качестве примера приведем следующие:

1. Исследование практической эквивалентности аномального поля над объектами сложного внутреннего строения.

2. Исследование вопросов подмагничивания на магнитных аномалиях для оценки <3 фактора. В этом случае ЗБ моделирование является неотъемлемым технологическим звеном при планировании и оценке результатов эксперимента в реальном масштабе времени.

3. Исследование магнитного поля неоднородных объектов, включая поле в скважинах и горных выработках (в том числе пересекающих рудное тело или расположенных внутри него) для развития методических основ шахтной и скважинной магнитометрии или истолкования ее результатов при помощи метода подбора.

Реализация результатов работы.

В настоящее время пакеты программ применяются в исследовательских целях в Институте геофизики УрО РАН в проекте РФФИ N98−05−64 816 «Комплексное геофизическое и геологическое изучение структуры зон сочленения палеоконтинентальных и палеоостроводужных террейнов на примере Южного Урала» для переинтерпретации результатов магнитометрии в Сакмарской структурно-тектонической зоне и на Главном Уральском Глубинном Разломе, а также в Уральской государственной горно-геологической академии при подготовке квалификационных работ инженеров и магистров, в РФЯЦ — ВНИИТФ (г. Снежинск) при изучении проблемы использования магнитометрии для поисков и локализации подземных техногенных явлений.

Апробация работы.

Результаты исследований и основные положения диссертации докладывались на 8-th Scientific Assembly of IAGA with ICMA and STP Symposia. 4−15 Aug. 1997, Uppsala, Sweden, на 67-th Annual Meeting of Society of Exploration Geophysicists, New Orleans, Louisiana, September 13−18, 1998, на международной конференции «Проблемы геодинамики, сейсмичности и минерагении подвижных поясов и платформенных областей литосферы», Екатеринбург, сентябрь-октябрь, 1998, на Международном семинаре им. Д. Г. Успенского «Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей» (26 сессия, Екатеринбург, 25 -30 января 1999 г.). По теме диссертации опубликовано 9 статей и 8 тезисов докладов.

Личный вклад автора.

Работа выполнена в лабораториях магнитометрии и электрометрии Института геофизики УрО РАН в 1994;1999 г. г. Алгоритмические основы программ и приложения разработаны совместно с научными руководителями, программный продукт — лично автором диссертации. Программные продукты (пакеты программ Маглаб и Маглаб-П) предоставляются бесплатно всем пользователям.

Объем работы.

Диссертация изложена на 78 страницах с 29 рисунками и состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы из 72 названий.

Заключение

.

В качестве итога выполненных исследований на защиту выносятся следующие два положения:

1. Разработан и программно реализован алгоритм вычисления напряженности магнитного поля для неоднородно намагниченных объектов с магнитной восприимчивостью до 100 СИ в двумерном случае.

2. Разработанные в диссертации программы в ОС Linux позволяют выполнить 2D и 3D моделирование сложно построенной геологической среды с произвольно распределенными магнитными свойствами.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Г. А. Гринберг. Избранные вопросы математической теории электрических и магнитных явлений. Изд-во АН СССР, Москва-Ленинград, 1948. С. 727.
  2. И.В. Савельев. Основы теоретической физики. Том 2. Квантовая механика. Изд-во «Наука», Москва, 1977.
  3. A.P.Raiche, An Integral Approach to Three-Dimentional Modelling. Geoph.J.R.Astr.Soc., 36(1974), 363.
  4. J. Van Bladel. Some remarks on Green’s dyadic for infinite space. ERE Trans. Antennas Propagat, vol. AP-9, pp. 563−566, Nov. 1961
  5. G.W. Hohmann. The Three-dimensional induced polarization and electromagnetic modeling. Geophysics, Vol.40, No.2(April 1975), pp. 309−324.
  6. D.E. Livesay, Kun-Mu Chen. Electromagnetic field Induced Inside Arbitrary Shaped Biological Bodies. IEEE Transactions on microvawe theory and techniques. Vol MTT-22, No. l2,December, 1974, pp. 1273−1280.
  7. M. Hvozdara, P. Kaikkonnen, I.M. Varentsov. Algorithm for solving 3-D problems of EM induction by means of a vector integral equation. Studia geophysica et geodetica, vol 31, No.4,1987, pp.369−385.
  8. Справочник по специальным функциям. Под ред. М. Абрамовица и И. Стеган. М. :Наука, 1979. 830с.
  9. S.C.Ting, G.W.Hohmann. Integral equation modeling of three-dimensional magnetotelluric response. Geophysics, Vol. 46, No.2(Febuary 1981), pp. 182−197.
  10. П.С. Мартышко. Некоторые вопросы теории и алгоритмы решения задач метода искусственного подмагничивания. Препринт. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1982, с. 31.
  11. П.С. Мартышко. О решении прямой и обратной трехмерных задач метода искусственного подмагничивания в параметрических классах/7 Изв. АН ССР. Физика Земли, N3,1983,c.52−57.
  12. П.С. Мартышко. Обратные задачи электромагнитных геофизических полей. Екатеринбург: УрОРАН, 1996, с. 143.
  13. Г. М. Воскобойников. О вычислении стационарных электромагнитных полей в некоторых кусочно-однородных средах. Изв. АН СССР. Физика Земли, N9,1973, с.63−75.
  14. L. Eskola, T.Tervo. Solving the magnetostatic field problem (a case of high susceptibility) by means of the method of subsections. Geoexploration, 18(1980), pp.79−95.
  15. Низкочастотная индуктивная электроразведка при поисках и разведке магнитных руд/ Ю. И. Блох, Е. М. Гаранский, И. А. Доброхотова и др.-М.:Недра, 1986.-192с.
  16. Ю.И. Блох. Решение прямой задачи магниторазведки для трехмерных анизотропных геологических объектов с учетом размагничивания. Изв. АН СССР. Физика Земли. N 12, 1987.
  17. В.В., Ратушняк А. Н. Векторные интегральные уравнения для градиента потенциала геофизических полей// Рос.геофиз.журн., N5−6,1995,с.4−10.
  18. В.В., Ратушняк А. Н. Электрическое и магнитное поле при течении жидкости в пористой среде с локальными неоднородностями фильтрационных и электрических свойств. Деп. ВИНИТИ: 1994 N2708-B94. 18с.
  19. В.В., Ратушняк А. Н. Объемные векторные интегральные уравнения для потенциальных геофизических полей. Деп. В ВИНИТИ: 1995, N 712-В95. 17с.
  20. В.В., Ратушняк А. Н. Объемные векторные интегральные уравнения для стационарного переноса тепла в фильтрующей среде. Деп. В ВИНИТИ: 1996 N1849-В96. 21с,
  21. В.В., Ратушняк А. Н. Интегро-дифференциальные и интегральные уравнения, описывающие неустановившееся течение сжимаемого флюида в пористой среде с включением. Деп. В ВИНИТИ: 1995, N 1274-В95. 7с.
  22. В.В., Ратушняк А. Н. Электрическое и магнитное поле при течении жидкости в пористой среде с локальными неоднородностями фильтрационных и электрических свойств/7 Физика Земли. N8,1997, с.81−87.
  23. В.В., Ратушняк А.Н.Моделирование геофизических полей при помощи объемных векторных интегральных уравнений. Нкатеринбург: УрОРАН, 1999.
  24. Г. М. «Фихтенгольц. Курс дифференциального и интегрального исчисления. Том 3. Изд-во физ.-мат. Лит., М-Л., 1960. 656с.
  25. А.В. Цирульский. О некоторых свойствах комплексного логарифмического потенциала однородной области. Изв. АН СССР, сер. геофиз., N7,1963, с. 1072−1075.
  26. Магниторазведка. Справочник геофизика. Изд. 2-ое. М., Недра, 1990, с.270−273. -28. Правиразведка. Справочник геофизика/'Под.ред.Е. А. Мудрецовой.-М.: Недра, 1981.397с.
  27. Н.П. Алгоритмрасчета аномального поля двумерных сильно намагниченных тел и его реализация в среде UNIX. Деп. в ВИНИТИ: 1998 N 2037-В98. 15с.
  28. Е.А. Дифракция электромагнитных волн на даух телах. Минск, ««Наука и техника», 1968,484с.
  29. Сейсмическая томография. Под ред. Г. Нолета. М., Мир, 1990,416с.
  30. Teukolsky S.A., Vetterling W.T., Frannery В.Р. Numerical recipes in Fortran 77. The art of scientific computing. 2-nd Ed., vol. l, Willian H. Press, 1997, pp.939.
  31. Дж, Форсайт, Миу1алккольм, KLMoyjiep. Машинные. методы математических вычислений. М., Мир, 1980,279с.
  32. G.H., С. Reinsh. SVD-subroutine. In: EISPACK subroutines library, http^v'vv'ww.netlib.org/'eispacb'inciex.htmi
  33. Maurice J. Bach. The design of the Unix Operating System/ Prentice-Hall Inc., 1986.
  34. Такет Дж.(мл.), Гантер Д. Использование Linux: Пер. с англ- 3-е изд.-К.-М.-СПб: Издательский дом «Вильяме», 1998.-567с.
  35. П.П. Пакет программ МАГЛАБ-И для интерпретации 2D магнитных аномалий в ОС UNIX. Деп. ВИНИТИ: 1999, N 82-В99,24с.
  36. Scilab. МЕТА2 research project at LNR1A. http://www-rocq.inria.fr
  37. Xfree86 Project, Inc. http://www.xiree86.org
  38. Quake project, http://www.cs.cmu.edu/~quake
  39. J.R.Shewchuk. Triangle. A two-dimentional quality mesh generator and Delaunay triangulator. http://www.cs.cmu.edu/~quake/triangle.html
  40. Guy Blelloch. Algorithms in the Real World: Lecture Notes (Fall 1997), April 23,1998. hitp:/7wwvvcs.berkel.ey.edu/'~guyb/alg, s, html
  41. Jim Ruppert. A Delaunay Refinement Algorithm for Quality 2-Dimentional Mesh Generation. Journal of Algorithms, vol. l8(3), pp.548−585, May 1995.
  42. И.Н., Семендяев К. А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов.-13-e изд., исправленное.-М.: Паука, Гл.ред.физ.-мат. Лит., 1986.544 с,
  43. J. R. Shewchuk. Adaptive precision floating-point arithmetic and fast robust geometric predicates. Discrete and Computational Geometry,.volJ 8, pp.305−363^ 1997.
  44. Douglas M. Priest. Algorithms for arbitrary precision floating point arithmetic. In: Proc. 10th Symposium on computer arithmetic, P. Kornerup and D. Matula, Eds., IEEE Computer Society Press, Los Alamos, Calif., 1991.
  45. Bob Stein & Craig Yap. 1NPOLY.C. Freeware source code. Copyright <0 1995−1996 Galacticomm, Inc. http://www.gcomm.eom/develop/inpoly.c,
  46. Michael. V. Leonov, flexey G. Nikitin, «An efficient algorithm for closed set of Boolean operations on polygonal regions in the plane», Preprint 46, Novosibirsk, A.P.Ershov institute of informatics Systems, 1997.
  47. .М. Аномалия вертикальной составляющей земного магнетизма в районе Западного Урала. Труды нефтяного геологоразведочного института, выпуск 30. Издание Геолразведгиз, 1932, с. 1−8
  48. .М. О вариациях элементов земного магнетизма в аномальном поле.-ТрудыГлав. Геофиз. Обсер., 1938, вып. 17.
  49. . А. Об эффективности магнитовариациоиного метода при поисках и разведке магнетитовых руд, Скарново-магнетитовые месторождения Урала. Геология и металлогения. Сб. статей. Свердловск, 1978 (УНЦ АН СССР).
  50. В.А., Дружинин B.C., Орлов Г. Г., Рыбалка Л. Ф. К вопросу о геологической природе Манчажской магнитной аномалии. В сб. Строение и развитие земной коры и структур рудных полей Урала по геофизическим данным. Свердловск, УНЦ АН СССР, 1976, с.29−36.
  51. В.А. Исследования временной динамики Манчажской региональной магнитной аномалии. Изв. ATI СССР. Физика Земли, N8, 1982, с.65−77.
  52. В.В. Кормильцев, Н. П. Костров, А. Н. Ратушняк. Трехмерное моделирование региональных аномалий от объектов сложного внутреннего строения. Деп. в ВИНИТИ: 1997, N 1474-В97. 9с.
  53. В.В. Кормильцев, П. П. Костров. А. П. Ратушняк, В. А. Шапиро. Динамика магнитного поля на объекте, подобном Манчажской магнитной аномалии на Западном Урале. Деп. в ВИНИТИ: 1995, N 2193-В95.
  54. Н.Н., Костров Н. П., Ратушняк А. Н. Об эффекте размагничивания 2D и 3D -пластообразных тел. Екатеринбург, 1998, 10 с. Деп. в ВИНИТИ № 491-В98.
  55. Shapiro V. A., Nikonova F.I., Dolomanski Yu.K., Kostrov N.P. Geomagnetic investigation on the Manchagh Regional Magnetic Anomaly for Imaging and Monitoring. Abstracts XX Gen.Ass. EGS, Germany, 1995, p. 162.
  56. Kostrov N.P., Ratushnyak A.N.Unix-Based High-Modular Solution for Magnetic Anomalies Processing. Abstracts 8-th Scientific Assembly of IAGA with ICMA and STP Symposia. 4−15 Aug. 1997, Uppsala, Sweden, p.506.
  57. А.Н, Бахвалов. Математическое моделирование магнитного поля и трехмерных тел при однородной и неоднородной намагниченности. Прикладная геофизика.
  58. Вып. 101., М: Недра, 1981. С.164−173.
  59. А.Н. Бахвалов, О. А. Кусонский. Моделирование магнитного поля железорудных месторождений. Разведка и охрана недр, N6, 1987.С.43−48.
  60. А.Н. Бахвалов, B.C. Портнов. Обратная задача моделирования магнитных полей трехмерных тел. Геофизические методы поисков и разведка рудных и нерудных месторождений. Межвузовский научный тематический сборник. Изд.-во СГИ, Свердловск, 1990, с. 29−34.
Заполнить форму текущей работой

Пора сдавать?