Пороупругость - Poroelasticity

Определение

Пороупругость это область материаловедения и механики, изучающая взаимодействие между потоком жидкости и деформацией твердых тел в линейной пористой среде, и это расширение упругости и потока пористой среды (уравнение диффузии). Деформация среды влияет на поток жидкости и наоборот. Теория была предложена Морис Энтони Биот (1935, 1941)[1] как теоретическое расширение моделей уплотнения грунта, разработанных для расчета осадки конструкций, размещенных на пористых грунтах, насыщенных флюидом. Теория пороупругости широко применяется в геомеханика,[2] гидрология,[3] биомеханика,[4] механика тканей,[5] клеточная механика,[6] и микромеханика.[7]

Интуитивное представление о реакции насыщенной эластичной пористой среды на механическую нагрузку можно развить, подумав или экспериментируя с губкой, насыщенной жидкостью. Если сжимать губку, насыщенную жидкостью, жидкость будет вытекать из губки. Если губка находится в резервуаре с жидкостью и давление сжатия впоследствии снимается, губка повторно впитывает жидкость и расширяется. Объем губки также увеличится, если ее внешние отверстия будут закрыты, а давление поровой жидкости увеличится. 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 жидкости может деформировать пористую матричную среду. Движение флюида в пористой среде происходит из-за различий в давлении флюида в порах, создаваемого различными деформациями объема поры, связанными с механической нагрузкой пористой среды.[5]

Типы пороупругости

Теории пороупругости можно разделить на две категории: статические (или квазистатические) и динамические теории.[8]Так же, как и механику, можно разделить на статику и динамику. Статическая пороупругость рассматривает процессы, в которых движение жидкости и деформация твердого каркаса происходят одновременно и влияют друг на друга. Статическая пороупругость в литературе является преобладающей для пороупругости; В результате этот термин используется как синоним пороупругости 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.[1]. Динамическая пороупругость предлагается для понимания распространения волн как в жидкой, так и в твердой фазах насыщенных пористых материалов. Включены инерционная и соответствующая кинетическая энергия, которые не учитываются в статической пороупругости. Это особенно необходимо, когда скорость движения фаз в пористом материале значительна, например, когда присутствует вибрация или волны напряжения.[9]. Динамическая пороупругость была разработана благодаря работам Био по распространению упругих волн в жидконасыщенных средах.[10][11].

Литература

Ссылки по теории пороупругости:

  • Detournay E, Cheng AH (1993). «Основы пороупругости» (PDF). В Fairhurst C (ред.). Комплексная горная инженерия: принципы, практика и проекты. II, Метод анализа и проектирования. Pergamon Press. С. 113–171.
  • Ченг АХ (2016). Пороупругость. Теория и приложения транспорта в пористых средах. 27. Springer. Дои:10.1007/978-3-319-25202-5. ISBN  978-3-319-25200-1.
  • Ван Х.Ф. (2000). Теория линейной пороупругости с приложениями к геомеханике и гидрогеологии. Издательство Принстонского университета.
  • Чжэнь (Лео) Лю (2018). Мультифизика в пористых материалах. Springer. ISBN  9783319930275.
  • Рейнт де Бур (2000). Теория пористых сред - основные моменты исторического развития и современного состояния. Springer. ISBN  9783642640629.
  • Coussy, Оливье (9 декабря 2003). Поромеханика. Дои:10.1002/0470092718. ISBN  9780470092712.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Био М.А. (01.02.1941). «Общая теория трехмерной консолидации». Журнал прикладной физики. 12 (2): 155–164. Дои:10.1063/1.1712886. ISSN  0021-8979.
  2. ^ Ченг АХ (2016). Пороупругость. Теория и приложения транспорта в пористых средах. 27. Springer. Дои:10.1007/978-3-319-25202-5. ISBN  978-3-319-25200-1.
  3. ^ Ван Х.Ф. (2000). Теория линейной пороупругости с приложениями к геомеханике и гидрогеологии. Издательство Принстонского университета.
  4. ^ Cowin SC (1999). «Костная пороупругость». Журнал биомеханики. 32 (3): 217–38. Дои:10.1016 / с0021-9290 (98) 00161-4. PMID  10093022.
  5. ^ а б Cowin SC, Doty SB, ред. (2007). Механика тканей. Springer. Дои:10.1007/978-0-387-49985-7. ISBN  978-0-387-36825-2.
  6. ^ Моендарбари Э, Валон Л., Фрицше М., Харрис А. Р., Молдинг Д. А., Трэшер А. Дж., Страйд Э, Махадеван Л., Чаррас ГТ (март 2013 г.). «Цитоплазма живых клеток ведет себя как пороэластичный материал» (PDF). Материалы Природы. 12 (3): 253–61. Дои:10.1038 / nmat3517. ЧВК  3925878. PMID  23291707.
  7. ^ Dormieux L, Kondo D, Ulm F (2006). Микропоромеханика. Вайли. Дои:10.1002/0470032006. ISBN  9780470032008.
  8. ^ Лю, Чжэнь (Лев). «Мультифизика - пороупругость и поромеханика». www.multiphysics.us. Получено 2018-10-03.
  9. ^ Чжэнь (Лео) Лю (2018). Мультифизика в пористых материалах. Springer. ISBN  9783319930275.
  10. ^ Био, М. А. (апрель 1962 г.). «Механика деформации и распространения звука в пористых средах» (PDF). Журнал прикладной физики. 33 (4): 1482–1498. Дои:10.1063/1.1728759. ISSN  0021-8979.
  11. ^ Био, М.А. (март 1956 г.). «Теория распространения упругих волн в пористом твердом теле, насыщенном жидкостью. II. Высокочастотный диапазон» (PDF). Журнал акустического общества Америки. 28 (2): 179–191. Дои:10.1121/1.1908241. ISSN  0001-4966.