1.一种接触式激发极化法有限单元数值模拟方法,其特征在于,所述接触式激发极化法有限单元数值模拟方法包括:步骤一,任意形状有损耗介质区域剖分:针对任意形状三维有损耗介质区域,采用四面体交错网格进行剖分,将接触式充电三维区域离散为多个四面体网格;
步骤二,有限单元法数值方程求解:建立接触式激发极化法电位满足的方程组,求解方程组获取剖分网格总电位分布;
步骤三,接触式极化率计算:以每个剖分网格等效电阻率换算相对应的极化率值,再次进行所有剖分网格单位接触式激发极化有限单元法求解计算,获取考虑接触式激发极化的情况下总电位分布;
步骤四,接触式激发极化法视极化率计算:根据视极化率求取公式计算各个地面测点的视极化率值;
所述步骤二中,所述有限单元法数值方程求解具体包括:
根据公式(1)计算在供电电流强度Itotal充电时,任意形状三维有损耗介质区域剖分单元网格点电源电流强度系数Iq,q=1,…,Nm:其中,rs,q为充电点到第q个剖分单元网格点电源中心的距离;
其中ωm为区域Ω对电流源Im点所张的立体角,Γs和Γ∞分别为区域Ω的地面边界和地下无穷远边界,n为边界的法向向量方向,δ为狄拉克函数,r1和r2为计算点至供电点A、B的空间距离, 为 矢量和 矢量的方向余弦函数;
通过采用有限单元法的线性插值、单元积分、边界积分,最终总体合成、再扩展成由全体节点组成的矩阵,进而全部单元相加,得其中,u是全部节点的u组成的列向量;Ke=1/ρ(K1e+K2e), 是Ke的扩展矩阵,Tp=(0…I1…INm…0) ,p中只有与充电点源所在节点相对应的电位,其余均为零;
令(3)式的变分为0,得线性方程组:
Ku=p (4)
解方程组,得到各节点的电位。
2.如权利要求1所述的接触式激发极化法有限单元数值模拟方法,其特征在于,所述步骤一中,所述任意形状有损耗介质区域剖分具体包括:采用笛卡尔直角坐标系,取坐标系Z轴垂直向上,根据右手螺旋法则确定X轴和Y轴方向;确定包含任意形状三维有损耗介质和围岩介质计算区域在坐标轴X、Y、Z方向规则空间分布范围,采用规则长方体网格将上述规则计算区域在X方向上按一定间距剖分为M个网格节点,其Y方向上按一定间距剖分为有N个网格节点,及其Z方向上按一定间距剖分为有Q个网格节点,再针对每个规则长方体网格进行交错四面体网格剖分。
3.如权利要求2所述的接触式激发极化法有限单元数值模拟方法,其特征在于,坐标系三轴方向剖分网格节点长度允许各不相同,其间距剖分长度d应满足d≤L/10,其中,L为任意形状三维有损耗介质在各坐标轴方向的展布长度,如此,包含任意形状三维有损耗介质和围岩介质计算区域被剖分为(M‑1)×(N‑1)×(Q‑1)×5个网格单元;
按任意形状三维有损耗介质在坐标系内的空间分布,确定其在(M‑1)×(N‑1)×(Q‑1)×5个网格单元中对应自身空间分布的Nm个网格单元,Nm个任意形状三维有损耗介质剖分网格单元对应Nm个单元点电源。
4.如权利要求3所述的接触式激发极化法有限单元数值模拟方法,其特征在于,任意形状三维有损耗介质在坐标轴X方向上分布节点坐标为xi,Y方向上分布节点坐标为yj,Z方向上分布节点坐标为zk,其中,i=1,…,Mx;j=1,…,Ny;z=1,…,Qz,Mx、Ny及Qz分别为X、Y及Z方向分布节点数,任意形状三维有损耗介质剖分单元网格中心坐标为(xi+dx,i/2,yj+dy,j/2,zk+dz,k/2),dx,i、dy,j及dz,k为坐标轴X、Y及Z方向第i、j及k个剖分网格间距;
充电点位置S坐标为(xs,ys,zs),供电点供电电流强度为Itotal,任意形状三维有损耗介质区域剖分电阻率可允许随剖分单元网格位置变化而变化,记为ρq,q=1,…,Nm;ρb为围岩介质电阻率;PI=3.1415926;剖分单位网格视为点电源,电流强度记为Iq,q=1,…,Nm,地面观测点为坐标为(xa,ya,za),a=1,…,A;A为观测点数量;u为剖分单位网格节点接触式供电电源条件下引起的总电位值,即待求解任意形状三维有损耗介质在计算区域所有网格节点的总电位值。
5.如权利要求1所述的接触式激发极化法有限单元数值模拟方法,其特征在于,所述步骤三中,所述接触式极化率计算具体包括:根据步骤二所计算得到的任意形状三维有损耗介质区域剖分单元网格点总电位,按等效电阻率公式(5),将考虑极化率模型的激化效应换算为各剖分单元电阻率值:其中,η为模型极化率值。
6.如权利要求1所述的接触式激发极化法有限单元数值模拟方法,其特征在于,所述步骤四,所述接触式激发极化法视极化率计算具体包括:根据步骤三得到考虑极化率模型的所有剖分单元网格点总电位u2,根据极限极化率求取公式(6)进行换算接触式激发极化法地面观测的视极化率值:其中,Δu2和Δu分别为地面相邻两个网格节点针对考虑极化率模型、不考虑极化率模型时有限单元法求解的总电位,ηs对应为上述两个相邻网格节点中间点的视极化率值。
7.一种信息数据处理终端,其特征在于,所述信息数据处理终端包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,所述计算机程序被所述处理器执行时,使得所述处理器执行权利要求1~6任意一项所述的接触式激发极化法有限单元数值模拟方法。
8.一种实现如权利要求1所述的模拟方法的接触式激发极化法有限单元数值模拟系统,其特征在于,所述接触式激发极化法有限单元数值模拟系统包括:有损耗介质区域剖分模块,用于对任意形状三维有损耗介质区域,采用四面体交错网格进行剖分,将接触式充电三维区域离散为多个四面体网格;
有限单元法数值方程求解模块,用用于建立接触式激发极化法电位满足的方程组,求解方程组获取剖分网格总电位分布;
接触式极化率计算模块,用于以每个剖分网格等效电阻率换算相对应的极化率值,再次进行所有剖分网格单位接触式激发极化有限单元法求解计算,获取考虑接触式激发极化的情况下总电位分布;
接触式激发极化法视极化率计算模块,用于根据视极化率求取公式计算各个地面测点的视极化率值。