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 теории упругости и течения пористой среды (уравнение диффузии). [1] Деформация среды влияет на течение жидкости и наоборот. Теорию предложил Морис Энтони Био (1935, 1941). [2] как теоретическое расширение моделей консолидации почвы, разработанных для расчета осадки конструкций, расположенных на насыщенных жидкостью пористых грунтах.Теория пороупругости широко применяется в геомеханике . [3] гидрология , [4] биомеханика , [5] тканевая механика, [6] клеточная механика , [7] и микромеханика. [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 само по себе 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 вызванная сорбцией деформация может иметь пороупругую или поронеупругую природу. [11]
Типы пороэластичности
[ редактировать ]Теории пороупругости можно разделить на две категории: статические (или квазистатические) и динамические теории. [12] точно 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 разработана 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 работам Био о распространении упругих волн в насыщенных жидкостью средах. [14] [15]
Литература
[ редактировать ]Литература по теории пороупругости:
- Детурне Э, Ченг А.Х. (1993). «Основы пороэластичности» (PDF) . В Fairhurst C (ред.). Комплексная горная инженерия: принципы, практика и проекты . Том. II, Метод анализа и проектирования. Пергамон Пресс. стр. 113–171.
- 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 .
- Ван Х.Ф. (2000). Теория линейной пороупругости с приложениями к геомеханике и гидрогеологии . Издательство Принстонского университета.
- Чжэнь (Лев) Лю (2018). Мультифизика в пористых материалах . Спрингер. ISBN 9783319930275 .
- Рейнт де Бур (2000). Теория пористых сред – основные моменты исторического развития и современного состояния . Спрингер. ISBN 9783642640629 .
- Кусси, Оливье (9 декабря 2003 г.). Поромеханика . дои : 10.1002/0470092718 . ISBN 9780470092712 .
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ М.Лю и др. Многомасштабное моделирование эффективных упругих свойств пористых материалов, наполненных жидкостью. Международный журнал твердых тел и конструкций (2019) 162, 36-44.
- ^ Перейти обратно: а б 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 .
- ^ 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 .
- ^ Ван Х.Ф. (2000). Теория линейной пороупругости с приложениями к геомеханике и гидрогеологии . Издательство Принстонского университета.
- ^ Коуин СК (1999). «Пороэластичность кости». Журнал биомеханики . 32 (3): 217–38. дои : 10.1016/s0021-9290(98)00161-4 . ПМИД 10093022 .
- ^ 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
- ^ 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 .
- ^ Дормье Л., Кондо Д., Ульм Ф.Дж. (2006). Микропоромеханика . Уайли. дои : 10.1002/0470032006 . ISBN 9780470032008 .
- ^ Коуин С.С., Доти С.Б., ред. (2007). Тканевая механика . Спрингер. дои : 10.1007/978-0-387-49985-7 . ISBN 978-0-387-36825-2 .
- ^ 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 .
- ^ 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. дои : 10.1016/j.ijrmms.2017.11.015 . ISSN 1365-1609 .
- ^ Лю, Чжэнь (Лев). «Мультифизика – Пороупругость и поромеханика» . www.multiPhysics.us . Проверено 3 октября 2018 г.
- ^ Чжэнь (Лев) Лю (2018). Мультифизика в пористых материалах . Спрингер. ISBN 9783319930275 .
- ^ 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 .
- ^ 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 .