stringtranslate.com

Пороэластичность

Пороупругость - это область материаловедения и механики, которая изучает взаимодействие между потоком жидкости, давлением и деформацией объемного твердого тела в линейной пористой среде и является расширением упругости и течения пористой среды (уравнение диффузии). [1] Деформация среды влияет на поток жидкости и наоборот. Теория была предложена Морисом Энтони Био (1935, 1941) [2] как теоретическое расширение моделей консолидации почвы, разработанных для расчета осадки структур, размещенных на насыщенных жидкостью пористых почвах. Теория пороупругости нашла широкое применение в геомеханике , [3] гидрологии , [4] биомеханике , [5] механике тканей, [6] клеточной механике , [7] и микромеханике. [8]

Интуитивное ощущение реакции насыщенной упругой пористой среды на механическую нагрузку можно развить, размышляя или экспериментируя с губкой, насыщенной жидкостью. Если губку, насыщенную жидкостью, сжать, жидкость вытечет из губки. Если губка находится в резервуаре с жидкостью и впоследствии снимается сжимающее давление, губка снова впитает жидкость и расширится. Объем губки также увеличится, если закрыть ее внешние отверстия и увеличить давление поровой жидкости. Основные идеи, лежащие в основе теории пороупругих материалов, заключаются в том, что давление поровой жидкости способствует общему напряжению в пористой матричной среде и что только давление поровой матричной среды может деформировать пористую матричную среду. Движение жидкости в пористой среде происходит из-за различий в давлении поровой жидкости, создаваемых различными деформациями порового объема, связанными с механическим нагружением пористой среды. [9] В нетрадиционных коллекторах и нефтематеринских породах природного газа, таких как уголь и сланцы, могут возникать напряжения из-за сорбции газов, таких как метан и углекислый газ, на пористых поверхностях горных пород. [10] В зависимости от давления газа индуцированная сорбционная деформация может иметь пороупругую или поронеупругую природу. [11]

Типы пороэластичности

Теории пороупругости можно разделить на две категории: статические (или квазистатические) и динамические теории [12] так же, как механику можно разделить на статику и динамику. Статическая пороупругость рассматривает процессы, в которых движение жидкости и деформация твердого скелета происходят одновременно и влияют друг на друга. В литературе по пороупругости преобладает статическая пороупругость; в результате этот термин используется как синоним пороэластичности во многих публикациях. Эта статическая теория пороупругости является обобщением теории одномерной консолидации в механике грунтов. Эта теория была развита на основе работы Био в 1941 году. [2] Динамическая пороупругость предложена для понимания распространения волн как в жидкой, так и в твердой фазах насыщенных пористых материалов. Учитываются инерционная и связанная с ней кинетическая энергия, которые не учитываются в статической пороупругости. Это особенно необходимо, когда скорость движения фаз в пористом материале значительна, например, при наличии вибраций или волн напряжений. [13] Динамическая пороупругость была разработана благодаря работе Био о распространении упругих волн в насыщенных жидкостью средах. [14] [15]

Литература

Литература по теории пороупругости:

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ М.Лю и др. Многомасштабное моделирование эффективных упругих свойств пористых материалов, наполненных жидкостью. Международный журнал твердых тел и конструкций (2019) 162, 36-44.
  2. ^ аб Био М.А. (1 февраля 1941 г.). «Общая теория трехмерной консолидации». Журнал прикладной физики . 12 (2): 155–164. Бибкод : 1941JAP....12..155B. дои : 10.1063/1.1712886. ISSN  0021-8979.
  3. ^ Ченг АХ (2016). Пороэластичность . Теория и приложения транспорта в пористых средах. Том. 27. Спрингер. дои : 10.1007/978-3-319-25202-5. ISBN 978-3-319-25200-1. S2CID  240649873.
  4. ^ Ван Х.Ф. (2000). Теория линейной пороупругости с приложениями к геомеханике и гидрогеологии . Издательство Принстонского университета.
  5. ^ Ковин СК (1999). «Пороэластичность кости». Журнал биомеханики . 32 (3): 217–38. дои : 10.1016/s0021-9290(98)00161-4. ПМИД  10093022.
  6. ^ Маландрино, Андреа; Моендарбари, Эмад (2019), «Пороэластичность живых тканей», Нараян, Роджер (редактор), Энциклопедия биомедицинской инженерии , Оксфорд: Elsevier, стр. 238–245, doi : 10.1016/B978-0-12-801238- 3.99932-X, ISBN 978-0-12-805144-3, S2CID  186300583 https://www.researchgate.net/publication/321986395_Poroelasticity_of_Living_Tissues
  7. ^ Моендарбари Э., Валон Л., Фриче М., Харрис А.Р., Молдинг Д.А., Трэшер А.Дж., Страйд Э., Махадеван Л., Чаррас Г.Т. (март 2013 г.). «Цитоплазма живых клеток ведет себя как пороэластичный материал» (PDF) . Природные материалы . 12 (3): 253–61. Бибкод : 2013NatMa..12..253M. дои : 10.1038/nmat3517. ПМЦ 3925878 . ПМИД  23291707. 
  8. ^ Дормье Л., Кондо Д., Ульм Ф. (2006). Микропоромеханика . Уайли. дои : 10.1002/0470032006. ISBN 9780470032008.
  9. ^ Cowin SC, Doty SB, ред. (2007). Тканевая механика . Спрингер. дои : 10.1007/978-0-387-49985-7. ISBN 978-0-387-36825-2.
  10. ^ Зобак, Марк Д.; Кохли, Арджун Х. (2019). Геомеханика нетрадиционных пластов: сланцевый газ, плотная нефть и наведенная сейсмичность. Кембридж: Издательство Кембриджского университета. дои : 10.1017/9781316091869. ISBN 978-1-107-08707-1. S2CID  197568886.
  11. ^ Саураб, Суман; Харпалани, Сатья (01 января 2018 г.). «Закон эффективного напряжения для чувствительных к напряжениям трансверсально-изотропных пород». Международный журнал механики горных пород и горных наук . 101 : 69–77. doi :10.1016/j.ijrmms.2017.11.015. ISSN  1365-1609.
  12. ^ Лю, Чжэнь (Лев). «Мультифизика - Пороупругость и поромеханика». www.multiPhysics.us . Проверено 3 октября 2018 г.
  13. ^ Чжэнь (Лео) Лю (2018). Мультифизика в пористых материалах. Спрингер. ISBN 9783319930275.
  14. ^ Био, Массачусетс (апрель 1962 г.). «Механика деформации и распространения звука в пористых средах» (PDF) . Журнал прикладной физики . 33 (4): 1482–1498. Бибкод : 1962JAP....33.1482B. дои : 10.1063/1.1728759. ISSN  0021-8979. S2CID  58914453.
  15. ^ Био, Массачусетс (март 1956 г.). «Теория распространения упругих волн в насыщенном жидкостью пористом теле. II. Высший диапазон частот» (PDF) . Журнал Акустического общества Америки . 28 (2): 179–191. Бибкод : 1956ASAJ...28..179B. дои : 10.1121/1.1908241. ISSN  0001-4966.