利用matlab模拟粘弹性地震波,如何定义观测系统?

时间: 2024-04-05 16:30:15 浏览: 60
在利用Matlab模拟粘弹性地震波时,观测系统通常是通过定义源函数和接收器位置来实现的。 首先,我们需要定义源函数,以模拟地震波的激发。源函数可以是一个脉冲信号、一个正弦信号、一个高斯脉冲信号等。这里我们以正弦信号为例,定义一个频率为20Hz,幅度为1的正弦波源函数: ```matlab f = 20; % 频率 A = 1; % 幅度 t = 0:0.001:1; % 时间范围 src = A*sin(2*pi*f*t); % 正弦波源函数 ``` 接下来,我们需要定义接收器的位置。这可以通过在地层中设置一些测量点来实现。在这里,我们将在地表上均匀分布10个接收器,每个接收器距离源函数1米,接收器的位置可以用一个行向量来表示: ```matlab N = 10; % 接收器数量 dx = 1; % 接收器间距 receivers = dx:dx:N*dx; % 接收器位置 ``` 然后,我们可以使用波动方程求解器来模拟粘弹性地震波的传播并计算接收器接收到的信号。这里我们使用PDE Toolbox中的波动方程求解器,代码如下: ```matlab % 定义模型参数 rho = 2000; % 密度 vp = 1500; % 纵波速度 vs = 1000; % 横波速度 Qp = 100; % 纵波品质因子 Qs = 50; % 横波品质因子 % 创建PDE模型 model = createpde('structural','transient-solid'); % 定义几何形状 L = 10; % 模型长度 H = 1; % 模型高度 W = 1; % 模型宽度 g = [3 4 0 L L 0 0 0 H H H 0]'; % 顶点坐标 sf = 'R1+R2+R3+R4'; % 模型表面 ns = [1;1;1;1]; % 边界条件 nsb = [1;1;1;1;1;1]; % 底部边界条件 nsbq = [0;0;0;0;0;0]; % 底部边界条件 % 创建几何形状 geometryFromEdges(model,g,sf,ns,'Holes',[0 0],'HolesRegion',[1],'HolesType','None'); pdegplot(model,'EdgeLabels','on'); % 绘制模型 % 定义材料参数 structuralProperties(model,'Cell',1,'YoungsModulus',vp^2*rho,'PoissonsRatio',0.5,'MassDensity',rho,'ThermalExpansionCoefficient',0,'ThermalConductivity',0,'SpecificHeatCapacity',0); structuralProperties(model,'Cell',1,'ShearModulus',vs^2*rho,'ShearModulusConstraints','Lamé','Lame',[0 0 0],'MassDensity',rho,'ThermalExpansionCoefficient',0,'ThermalConductivity',0,'SpecificHeatCapacity',0); structuralProperties(model,'Cell',1,'PoissonsRatioConstraints','Lamé','Lame',[0 0 0],'MassDensity',rho,'ThermalExpansionCoefficient',0,'ThermalConductivity',0,'SpecificHeatCapacity',0); % 定义品质因子 structuralDamping(model,'Rayleigh','StiffnessProportionalDampingCoefficient',Qp/2,'MassProportionalDampingCoefficient',Qs/2); % 定义初始条件 u0 = zeros(3*numnodes(model),1); v0 = zeros(3*numnodes(model),1); structuralIC(model,'Displacement',u0,'Velocity',v0); % 定义边界条件 structuralBC(model,'Edge',4,'XDisplacement',0); structuralBC(model,'Edge',3,'YDisplacement',0); structuralBC(model,'Edge',2,'YDisplacement',0); structuralBC(model,'Edge',1,'ZDisplacement',0,'ZForce',0); structuralBC(model,'Edge',5,'XDisplacement',0,'YDisplacement',0); % 定义时间范围和时间步长 tlist = 0:0.001:1; % 求解波动方程并计算接收器接收到的信号 result = solvepde(model,tlist,'OutputFcn',@(t,u,varargin)outputFcn(t,u,varargin,receivers)); ``` 在上述代码中,我们使用PDE Toolbox中的函数createpde创建了一个波动方程模型,定义了模型的几何形状、材料参数、品质因子、初始条件和边界条件,并使用solvepde函数求解了波动方程并计算了接收器接收到的信号。 其中,我们定义了一个自定义的输出函数outputFcn,用来在每个时间步长结束时计算接收器接收到的信号。这个函数的代码如下: ```matlab function stop = outputFcn(t, u, state, receivers) persistent signals; if isempty(signals) signals = zeros(length(receivers),length(t)); end u = u(:,end); for i=1:length(receivers) xi = receivers(i); signals(i,state.timeStep) = u(xi); end stop = false; end ``` 该函数会在每个时间步长结束时被调用,并将接收器接收到的信号存储在一个signals矩阵中。最终,我们可以通过绘制signals矩阵的行来显示每个接收器接收到的信号。

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