Exponential convergence for multipole and local expansions and their translations for sources in layered media: 2-D acoustic wave
Southern Methodist University（南方卫理公会大学）；School of Mathematics and Statistics, Hunan Normal University（湖南师范大学数学与统计学院）
本文研究了二维分层介质中源的乘积展开（ME）和局部展开（LE）及其乘积到局部转换（M2L）算子的指数收敛性，通过贝塞尔函数生成函数推导出远场表达式，并证明了ME、LE和M2L在亥姆霍兹方程中的指数收敛性，其收敛性依赖于目标点与源极化像点之间的极化距离。
2019-05-30 cs.NA math.NA
On mathematical and numerical modelling of multiphysics wave propagation with polytopal Discontinuous Galerkin methods
在这项工作中，我们审查不连续Galerkin有限元法多面体网格（PolydG）的数值模拟的多物理场波在非均匀介质中的传播现象。特别是，我们解决弹性，多孔弹性，多孔弹性声学材料中的波动现象。波的传播是通过使用弹性域中的弹性动力学方程、声学域中的声学方程和孔隙弹性域中的低频Biot方程来模拟的。不同模型之间的耦合是通过（物理上一致的）传输条件，弱施加在子域之间的接口。对于所有的模型配置，我们介绍和分析的PolydG半离散配方，然后再加上合适的时间推进计划。对于半离散问题，我们给出了稳定性分析，并在适当的能量范数下得到了先验误差估计。为了验证误差分析，提供了一系列针对制造解决方案的验证测试。物理利益的例子也表明所提出的方法的能力。
2021-11-03 cs.NA math.NA
A ray-based IPDG method for high-frequency time-domain acoustic wave propagation in inhomogeneous media
The Chinese University of Hong Kong（香港中文大学）；Michigan State University（密歇根州立大学）
本文提出一种基于不连续Galerkin离散化的新型方法，通过构造基函数和波前追踪技术，提高高频声波在不均匀介质中的计算精度与稳定性，且误差随频率增长较温和。
2017-04-23 cs.NA math.NA
An FFT-accelerated PML-BIE Solver for Three-Dimensional Acoustic Wave Scattering in Layered Media
本文提出一种FFT加速的PML-BIE方法，用于求解两层介质中三维声波散射问题，通过核分裂技术处理复参数不稳定性，数值实验验证了其高效性和PML截断误差的指数衰减。
2024-12-15 cs.NA math.NA
An efficient numerical method for acoustic wave scattering in random media
The University of Tennessee, Knoxville（田纳西大学诺克斯维尔分校）；Auburn University（奥本大学）
本文提出了一种高效数值方法，用于解决随机介质中声波散射问题，通过多模态表示和MCIP-DG方法，实现了高精度计算，理论分析与数值实验验证了方法的有效性。
2014-03-29 cs.NA math.NA
Modelling and discretization of flow in porous media with thin, full-tensor permeability inclusions
当模拟裂缝性储层中的流体流动时，通常将裂缝表示为嵌入宿主介质中的低维包裹体。现有的含薄夹杂物多孔介质中渗流的离散化方法假定夹杂物渗透率张量的主方向与夹杂物取向一致。虽然这种建模假设适用于拉伸断裂，但在断层的情况下可能会失败，其中主滑动面周围的损伤区可能会引入与主断层方向不一致的各向异性。本文介绍了一种广义降维降阶模型，它在包体的离面方向上也保留了全张量渗透率效应。低维物体的流动控制方程通过垂直平均得到。我们提出了一个框架fordiscretization所产生的混合维问题，旨在方便适应现有的模拟工具。我们给出的数值例子表明，当应用于各向异性断层多孔介质时，现有的公式是失败的，并继续显示我们的方法在二维和三维的收敛性
2021-01-21 cs.NA math.NA
Numerical modelling of convection-driven cooling, deformation and fracturing of thermo-poroelastic media
多孔介质中的对流驱动冷却影响热-孔隙-机械应力，从而引起变形。这些过程受到裂缝存在的强烈影响，裂缝主导着流动和传热。同时，裂缝响应于应力状态的变化而变形和扩展。从数学上讲，控制物理学的模型是紧密耦合的，必须考虑到裂缝引起的强烈不连续性。在过去的十年中，和多孔介质应用的数量的激励下，这种耦合模型的研究已经大大提高了多孔介质中的过程建模。基于这一努力，这项工作提出了一种新的模型，耦合流动，传热，变形和传播的裂缝与流动，传热，和热孔隙弹性矩阵。该模型基于多孔介质中裂缝的显式表示，并使用多点有限体积法进行离散。裂缝的非穿透接触和非穿透条件通过活动集方法处理，而基于应力强度因子的传播准则控制裂缝延伸。同时考虑强迫对流和自然对流，数值结果显示了热-孔隙力学断裂变形和扩展的复杂本质。
2020-12-11 cs.NA math.NA
Iterative Methods for Photoacoustic Tomography in Attenuating Acoustic Media
University of Innsbruck（因斯布鲁克大学）；University of Idaho（爱达荷大学）
本文提出基于迭代正则化方法的光电声成像重建算法，针对衰减介质中的声波传播模型，通过显式求解伴随问题实现收敛分析，验证了算法在有限视角情况下的效率与精度。
2017-08-09 cs.NA math.NA
Local interaction simulation approach for the acoustic wave equation with perfectly matched layer
本文提出一种结合局部交互模拟方法（LISA）与完美匹配层（PML）的声波传播模拟方法，可在有限区域内处理不同介质界面问题，并通过数值算例验证其有效性。
2024-11-19 cs.NA math.NA
Numerical modelling of wave propagation phenomena in thermo-poroelastic media via discontinuous Galerkin methods
提出一种支持一般多面体网格的高阶间断伽辽金方法，用于热-多孔弹性介质中波传播模型的空间离散，推导了稳定性和$hp$误差估计，采用隐式Newmark-$β$时间积分构建全离散格式，并通过数值模拟验证了理论结果。
2023-03-16 cs.NA math.NA
Multiresolution Sobolev Trained Fourier Neural Operator for Cross-Resolution Surrogate Modelling of Parametric Two-Phase Darcy Flows in Porous Media
Shandong University（山东大学）；China University of Petroleum (East China)（中国石油大学（华东））；Qingdao University of Technology（青岛理工大学）
本研究提出多分辨率Sobolev学习方法训练傅里叶神经算子，通过引入一阶和二阶梯度损失，提升多孔介质两相达西流跨分辨率代理建模的预测精度。
2026-10-06 cs.NA math.NA
Elasto-acoustic modelling and simulation for the seismic response of structures: The case of the Tahtalı dam in the 2020 İzmir earthquake
作为一种评估大坝结构在地震中所面临风险的方法，我们采用了一种抽象的数学、三维、弹性声学耦合波传播模型，该模型考虑了（i）大坝结构本身，嵌入（ii）其周围地形，（iii）不同的材料土层，（iv）震源以及（v）充满水的水库湖，将水作为声学介质处理。作为广泛数值模拟的案例研究，我们考虑了2020年10月发生在伊卡里亚海（希腊）和距离那里约30公里（土耳其）的Tahtali大坝的30 $^{\rm th}$的7级地震事件。一项具有挑战性的任务是解决由于大坝建筑结构和感兴趣区域之间的巨大差异而存在的多个长度尺度，考虑地震的传播。结构和高度不协调的网格之间的界面在不同的尺度上解决了通过一个不连续的Galerkin方法。利用实际断层面的反演数据模拟震源。最后，我们执行一个真正的数据驱动，多尺度，全源到站点，基于物理的模拟的基础上不连续Galerkin谱元素方法，它可以精确地验证地面运动经历了沿Tahtali大坝，比较合成的地震图对实际观察到的。一个比较与一个更经典的计算方法，使用一个平面波与数据从反褶积地震图读数作为输入，进行了讨论。
2021-10-29 cs.NA math.NA physics.geo-ph
Modelling wave dispersion in fluid saturating periodic scaffolds
利用两种互补的方法研究了微可压缩流体饱和多孔周期结构中的声波：1）周期均匀化（PH）方法为有界介质中的一般动力学问题提供了有效的模型方程; 2）利用Floquet-Bloch（FB）波分解研究了无限介质中的谐波声波。与通常的简化方法不同，本文考虑了纳维-斯托克斯方程的平流现象。为此，应用声学近似来线性化平流项。均匀化结果是基于周期性展开方法结合渐近展开技术提供了一个直接的升尺度过程，导致宏观模型定义的有效模型参数。这些是使用多孔微结构的特征响应计算的。使用FB理论，我们推导出的无粘，或粘性，正压流体饱和的支架的色散方程，从而平流由于在多孔结构中的永久流动的尊重。对采用有限元离散化方法得到的数值模型进行了计算研究。对于基于FB方法的频散分析，必须求解二次特征值问题。数值算例显示了微结构尺寸和平流产生的声波色散的各向异性的影响。
2021-01-06 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Direct Quantitative Photoacoustic Tomography for realistic acoustic media
University of Manchester（曼彻斯特大学）；University College London（伦敦大学学院）
本文研究了在现实声学介质中直接定量光声断层成像的问题，采用总变分正则化优化方法解决复合逆问题，并开发了两种基于Krylov子空间的不精确牛顿算法以提高计算效率。
2018-10-27 cs.NA math.NA math.OC
An Efficient and high accuracy finite-difference scheme for the acoustic wave equation in 3D heterogeneous media
Department of Mathematics and Statistics, University of Calgary（卡尔加里大学数学与统计系）
本文提出了一种新的显式紧凑高阶有限差分方案，用于解决三维异质介质中的声波方程，该方案在时间和空间上都具有高精度，并通过数值实验验证了其效率和准确性。
2019-05-09 cs.CE cs.NA math.NA
A Domain Decomposition-based Solver for Acoustic Wave propagation in Two-Dimensional Random Media
Carleton University（卡尔顿大学）
本文提出一种基于域分解的求解器，用于高效求解二维随机介质中的声波传播问题，采用侵入性随机伽辽金方法和双级预条件技术提升计算效率。
2026-01-22 cs.CE cs.DC cs.NA
Spectrally-accurate numerical method for acoustic scattering from doubly-periodic 3D multilayered media
University of Massachusetts Lowell（马萨诸塞大学洛厄尔分校）
本文提出了一种用于双周期三维多层介质声散射的谱精确数值方法，通过周期化方案和基本解法结合，避免了奇异积分和准周期格林函数等复杂技术，实现了鲁棒性和高精度计算，适用于电磁问题，并提供了高精度的数值示例和宽范围入射角下的反射和透射谱。
2019-03-26 cs.NA math.NA physics.comp-ph
RBF-FD analysis of 2D time-domain acoustic wave propagation in heterogeneous media
径向基函数生成的有限差分（RBF-FD）是局部强形式无网格方法的一种流行变体，它不需要节点之间的预定义连接，使其更容易适应所考虑的问题。本文研究了在地球地下地震模拟中时域声波传播的RBF-FD解。通过大量的数值试验，从均匀到高度非均匀的速度模型，包括非光滑的不规则地形，我们证明了本方法可以进一步推广到解决任意复杂模型中的大规模地震建模和全波形反演问题，从而实现对地球物理观测的更鲁棒解释
2021-05-10 cs.CE cs.NA math.NA
Full-Wave Iterative Image Reconstruction in Photoacoustic Tomography with Acoustically Inhomogeneous Media
Washington University in St. Louis（华盛顿大学圣路易斯分校）
针对声学非均匀介质中的光声层析成像，提出基于精确光声波动方程的离散成像模型，并实现匹配的正向和反投影算子对，从而应用现代迭代重建算法以缓解数据不完整和噪声的影响。
2013-03-22 cs.NA math.AP math.NA
Wave propagation across acoustic / Biot's media: a finite-difference method
Centrale Marseille, Laboratoire de Mécanique Modélisation et Procédés Propres, UMR 6181 CNRS（马赛中央理工学院，过程与制造力学实验室）；Laboratoire de Mécanique et d’Acoustique, UPR 7051 CNRS（力学与声学实验室）
针对二维流体/孔隙弹性介质中的波传播问题，开发了结合高阶ADER格式、时空网格细化和浸入界面方法的数值方法，并验证了三种界面条件下的准确性。
2012-04-06 cs.NA math.NA physics.class-ph
A hybridizable discontinuous Galerkin method with transmission variables for time-harmonic acoustic problems in heterogeneous media
本文提出将带传输变量的混合化间断伽辽金（CHDG）方法扩展到非均匀介质中的时谐声学问题，通过不动点迭代求解，数值实验表明其收敛快于标准HDG方法。
2025-04-25 cs.NA math.NA physics.comp-ph
A Geometrical Acoustics based Focusing Algorithm for Layered Media in Medical Ultrasound
Johannes Kepler University Linz（林茨约翰·开普勒大学）；Institute of Industrial Mathematics（工业数学研究所）；Johann Radon Institute for Computational and Applied Mathematics（约翰·拉德纳计算与应用数学研究所）
本文提出几何声学聚焦算法（GEOFA），用于校正医学超声中因大尺度声速变化引起的图像模糊，在分层介质下通过求解方程组实现像差校正，并经数值模拟和体模实验验证了图像质量提升。
2026-09-17 cs.NA math-ph math.MP
