We present an approach to simulate the 3D isotropic elastic wave propagation using nonuniform finite difference discretization on staggered grids. Specifically, we consider simulation domains composed of layers of uniform grids with different grid spacings, separated by nonconforming interfaces. We demonstrate that this layer-wise finite difference discretization has the potential to significantly reduce the simulation cost, compared to its fully uniform counterpart. Stability of such a discretization is achieved by using specially designed difference operators, which are variants of the standard difference operators with adaptations near boundaries or interfaces, and penalty terms, which are appended to the discretized wave system to weakly impose boundary or interface conditions. Combined with specially designed interpolation operators, the discretized wave system is shown to preserve the energy conserving property of the continuous elastic wave equation, and $\textit{a fortiori}$ ensure the stability of the simulation. Numerical examples are presented to demonstrate the efficacy of the proposed simulation approach.


翻译:我们提出一种方法,在交错格网格上使用非统一的有限差异分解来模拟3D异地弹性波的传播。具体地说,我们考虑模拟域,由不同网格间距的统一电网层层组成,由不兼容的界面分离。我们证明,与完全统一的对等方相比,这种分化具有大幅降低模拟成本的潜力。通过使用专门设计的差分操作器来稳定这种分解。这种差分操作器是标准差分操作器的变异器,在边界或界面附近进行调整,以及附在离异波系统之后的处罚条件,以弱化地强加边界或界面条件。与专门设计的内插操作器结合,显示离异波波系统可以保护连续弹性波方程式的能量保护特性,以及美元(textit{a fortiri)美元确保模拟的稳定性。提供了数字实例,以证明拟议的模拟方法的功效。

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