THREE STRATEGIES TO SOLVE THE WAVE PROPAGATION PROBLEM IN A 3D FLUID-SOLID INTERFACE / Tres estrategias para resolver el problema de propagación de ondas en una interfase 3D fluido-sólido

Resumen

Two implicit strategies and an explicit approach have been used to solve the problem of a fluid-solid interface in a 3D medium. One of the implicit strategies considers a transitional zone and the other is the traditional one. To solve the boundary conditions at the interface using the explicit strategy, two planes of “fictitious points” were added to the grid. A predictor-corrector approach was considered in this case. A Finite Difference Staggered-Grid method was used to solve the wave propagation problem in all the cases. The results obtained show a marked difference between the three strategies. For the study configuration and the hardware and software conditions of this work, the traditional implicit strategy seems to better model the fluid-solid interface. In this case, the internal interface is not treated by explicit boundary conditions, as it is represented naturally by changes of the elastic parameters and the densities. On the other hand, the reflected wave field shows higher amplitudes than those expected for this problem in the images obtained with both, the explicit strategy and the one that incorporates the transitional zone. Such undesirable effects could be the result of the combination, in the first case, of the small size of the propagation volume considered in this work, the low performance of the boundary condition function applied at the external surfaces of the volume and the predictor-corrector method for the explicit strategy. The first two aspects combined with the presence of the transitional zone could be responsible of the behavior observed for the second implicit strategy

RESUMEN

Dos estrategias de naturaleza implícita y una de tipo explícito son utilizadas para resolver el problema que considera una interfase fluido-sólido en un medio 3D. Una estrategia implícita considera una zona transicional y la otra es la tradicional. Las condiciones de borde en la interfase en la estrategia explícita se resuelven agregando dos planos de “puntos ficticios” a la malla y se aplica una estrategia predictor-corrector. Se usó un método staggered-grid en Diferencias Finitas en todos los casos. Los resultados indican una diferencia marcada entre las tres estrategias. Para el ejemplo estudiado y las condiciones de hardware-software usadas, la estrategia implícita tradicional parece ser la que mejor modela la interfase fluido-sólido. La interfase interna no es tratada de forma explícita ya que los cambios de los parámetros elásticos y las densidades son naturalmente representados. El campo de ondas en las imágenes obtenidas con la estrategia explícita y la que incorpora la zona de transición, muestra intensidades mayores a las esperadas en este tipo de problema. Los efectos indeseables pudieran ser consecuencia de la combinación, en el primer caso, del pequeño tamaño del volumen de propagación considerado en este trabajo, del débil efecto de la función de absorción aplicada en las superficies externas del volumen y del método predictor-corrector para la estrategia explícita. Los dos primeros aspectos, combinados con la presencia de la zona transicional, podrían ser la causa del comportamiento observado con la segunda estrategia implícita.Palabras clave: Interfase, Fluido-sólido, Propagación de onda, Diferencias finitas, Staggered-grid.