Кең ортадағы сұйық ағыны мен деформацияның өзара әрекеттесуі
Poroelasticity
Пороэластичность – ылғалды кезекті ортаның деформациясы мен сұйық ағынының өзара әрекеттесуін зерттейтін ғылым. Геомеханика, биомеханикада қолданылады.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Кіріспе
Пороэластичность – материалтану және механика саласы, ол сұйық ағыны, қысым және сызықтық кезеңді кеуекті ортадағы қатты дененің деформациясы арасындағы өзара әрекеттестікті зерттейді. Бұл серпімділік және кеуекті ортадағы ағыс (диффузия теңдеуі) теориясының кеңейтілген түрі болып табылады. Ортаның деформациясы сұйықтың ағысына әсер етеді және керісінше. Теорияны алғаш рет Морис Энтони Биот (1935, 1941) ұсынды. Ол сұйыққа қаныққан кеуекті топыраққа орналастырылған құрылымдардың шөгуін есептеуге арналған топырақ консолидациясы модельдерінің теориялық кеңейтілген нұсқасы еді. Пороэластикалық теория геотехника, гидрология, биомеханика, тіндік механика, жасуша механикасы және микромеханика салаларында кеңінен қолданылады. Механикалық жүктемеге қаныққан серпімді кеуекті ортаның реакциясын түсіну үшін, сұйыққа қаныққан губка туралы ойлау немесе онымен тәжірибе жасау жеткілікті. Егер сұйыққа толы губка қысылса, онда сұйық губкадан шығады. Егер губка сұйық резервуарында болса және қысым алынса, губка сұйықты қайта сіңіріп, кеңейеді. Губканың сыртқы тесіктері жабылып, кеуекті сұйықтықтың қысымы артса, губканың көлемі де артады. Пороэластикалық материалдар теориясының негізгі идеясы – кеуекті сұйықтықтың қысымы кеуекті матрицалық ортадағы жалпы кернеуге үлес қосады және кеуекті сұйықтықтың қысымы ғана кеуекті матрицалық ортаны деформациялай алады. Кеуекті ортада сұйықтың қозғалысы, кеуекті ортаның механикалық жүктемесінен туындаған кеуекті көлемнің әртүрлі деформацияларынан пайда болатын кеуекті сұйықтықтың қысымының айырмашылығына байланысты болады. Табиғи газға арналған конвенциялық емес резервуарлар мен көздерде, мысалы, көмір мен тақтатастарда, метан және көмірқышқыл газы сияқты газдардың кеуекті тау жыныстары бетіне сіңірілуінен деформация туындауы мүмкін. Газ қысымына байланысты, сорбцияға негіделген деформация пороиластикалық немесе пороиластикалық емес болуы мүмкін.
Poroelasticity is a field in materials science and mechanics that studies the interaction between fluid flow, pressure and bulk solid deformation within a linear porous medium and it is an extension of elasticity and porous medium flow (diffusion equation). The deformation of the medium influences the flow of the fluid and vice versa. The theory was proposed by Maurice Anthony Biot (1935, 1941) as a theoretical extension of soil consolidation models developed to calculate the settlement of structures placed on fluid saturated porous soils. The theory of poroelasticity has been widely applied in geomechanics, hydrology, biomechanics, tissue mechanics, cell mechanics, and micromechanics. An intuitive sense of the response of a saturated elastic porous medium to mechanical loading can be developed by thinking about, or experimenting with, a fluid saturated sponge. If a fluid saturated sponge is compressed, fluid will flow from the sponge. If the sponge is in a fluid reservoir and compressive pressure is subsequently removed, the sponge will reimbibe the fluid and expand. The volume of the sponge will also increase if its exterior openings are sealed and the pore fluid pressure is increased. The basic ideas underlying the theory of poroelastic materials are that the pore fluid pressure contributes to the total stress in the porous matrix medium and that the pore fluid pressure alone can strain the porous matrix medium. There is fluid movement in a porous medium due to differences in pore fluid pressure created by different pore volume strains associated with mechanical loading of the porous medium. In unconventional reservoir and source rocks for natural gas like coal and shales, there can be strain due to sorption of gases like methane and carbon dioxide on the porous rock surfaces. Depending on the gas pressure the induced sorption based strain can be poroelastic or poroinelastic in nature.
Пороэластикалық қасиеттердің түрлері
Пороэластикалық теорияларды екі санатқа бөлуге болады: статикалық (немесе квазистатикалық) және динамикалық теориялар, дәл сияқты механиканы статика және динамикаға бөлуге болады. Статикалық пороэластикалық теория сұйықтың қозғалысы мен қатты қаңқаның деформациясы бірдей уақытта жүріп, бір-біріне әсер ететін процестерді қарастырады. Статикалық пороэластикалық теория пороэластикалық әдебиетте басымдық құрайды; осы себепті, көптеген жарияланымдарда бұл термин пороэластикалық терминімен мағынасы бірдей қолданылады. Бұл статикалық пороэластикалық теория – топырақ механикасындағы бір өлшемді консолидация теориясының жалпылама түрі. Бұл теория 1941 жылы Биотың жұмысынан пайда болды. Динамикалық пороэластикалық теория Биотың сұйыққа қаныққан ортада серпінді толқындардың таралуына қатысты жұмысына байланысты дамыды.
The theories of poroelasticity can be divided into two categories: static (or quasi static) and dynamic theories, just like mechanics can be divided into statics and dynamics. The static poroelasticity considers processes in which the fluid movement and solid skeleton deformation occur simultaneously and affect each other. The static poroelasticity is predominant in the literature for poroelasticity; as a result, this term is used interchangeably with poroelasticity in many publications. This static poroelasticity theory is a generalization of the one dimensional consolidation theory in soil mechanics. This theory was developed from Biot's work in 1941. The dynamic poroelasticity was developed attributed to Biot's work on the propagation of elastic waves in fluid saturated media.