다탄성

Poroelasticity

다공성(多空性)은 선형 다공성 매체 내의 유체 흐름과 고형 변형의 상호작용을 연구하는 재료과학과 역학의 분야로 탄성과 다공성 매체 흐름(디퓨전 방정식)의 연장이다. 매질의 변형은 유체의 흐름에 영향을 주고 그 반대의 경우도 마찬가지다. 이 이론은 모리스 앤서니 비오트(1935, 1941년)[1]가 유체 포화 다공성 토양 위에 놓인 구조물의 정착을 계산하기 위해 개발한 토양 통합 모델의 이론적 확장으로서 제안한 것이다. 다공성 이론은 지질역학,[2] 수문학,[3] 생물역학,[4] 조직역학,[5] 세포역학,[6] 마이크로메카닉학 등에 널리 적용되어 왔다.[7]

포화 탄성 다공성 매체의 기계적 하중에 대한 반응에 대한 직관적인 감각은 유체 포화 스펀지를 생각하거나 실험함으로써 개발될 수 있다. 유체 포화 스펀지를 압축하면 유체가 스펀지에서 흘러나온다. 스펀지가 유체 저장소에 있고 압축 압력이 제거되면 스펀지는 유체를 보상하고 팽창한다. 스펀지의 외부 개구부를 밀봉하고 모공액 압력을 높이면 부피도 늘어난다. 다공성 물질 이론의 기초는 모공액 압력이 다공성 매질 매질의 총 응력에 기여하고 모공액 압력만으로도 다공성 매질 매질을 긴장시킬 수 있다는 것이다. 다공성 매체의 기계적 부하와 관련된 서로 다른 모공 체적 변종에 의해 생성되는 모공성 유체 압력의 차이로 인해 다공성 매체에서 유체의 움직임이 있다.[8] 석탄이나 셰일즈 같은 천연가스를 위한 재래식 저장소와 자원 암석에서는 다공성 암석 표면의 메탄이나 이산화탄소 같은 가스의 흡착으로 인한 부담이 있을 수 있다.[9] 기체 압력에 따라 유도 흡착 기반 균주는 자연에서 다공성 또는 다공성일 수 있다.[10]

다공성 유형

다공성 이론은 역학이 정역학(statics)과 역학(dynamic)으로 나눌 수 있듯이 정역학(또는 준정역학)과 동적 이론의 두 범주로 나눌 수 있다.[11] 정적 다탄성은 유체 이동과 고체 골격 변형이 동시에 일어나 서로 영향을 미치는 과정을 고려한다. 정적 다탄성은 다탄성에 대한 문헌에서 우세하다. 그 결과 이 용어는 많은 간행물에서 다탄성과 상호 호환적으로 사용된다. 이 정적 다탄성 이론은 토양 역학에서 1차원 통합 이론을 일반화한 것이다. 이 이론은 1941년 비오트의 연구로부터 발전되었다.[1] 동적 다공성성은 포화 다공성 물질의 액체 및 고체 단계 모두에서 파동 전파를 이해하기 위해 제안된다. 정적 다탄성에서는 고려되지 않는 관성 및 관련 운동 에너지가 포함된다. 이것은 특히 다공성 물질에서 단계 이동 속도가 상당한 경우, 예를 들어 진동 또는 응력파가 존재하는 경우 필요하다.[12] 동적 다탄성성은 비오트의 유체 포화 매체 내 탄성파 전파에 관한 연구 결과에서 기인했다.[13][14]

문학

다탄성 이론에 대한 참조:

  • Detournay E, Cheng AH (1993). "Fundamentals of poroelasticity" (PDF). In Fairhurst C (ed.). Comprehensive Rock Engineering: Principles, Practice and Projects. Vol. II, Analysis and Design Method. Pergamon Press. pp. 113–171.
  • Cheng AH (2016). Poroelasticity. Theory and Applications of Transport in Porous Media. Vol. 27. Springer. doi:10.1007/978-3-319-25202-5. ISBN 978-3-319-25200-1.
  • Wang HF (2000). Theory of linear poroelasticity with applications to geomechanics and hydrogeology. Princeton University Press.
  • Zhen (Leo) Liu (2018). Multiphysics in Porous Materials. Springer. ISBN 9783319930275.
  • Reint de Boer (2000). Theory of Porous Media - Highlights in Historical Development and Current State. Springer. ISBN 9783642640629.
  • Coussy, Olivier (2003-12-09). Poromechanics. doi:10.1002/0470092718. ISBN 9780470092712.

참고 항목

참조

  1. ^ a b Biot MA (1941-02-01). "General Theory of Three‐Dimensional Consolidation". Journal of Applied Physics. 12 (2): 155–164. Bibcode:1941JAP....12..155B. doi:10.1063/1.1712886. ISSN 0021-8979.
  2. ^ Cheng AH (2016). Poroelasticity. Theory and Applications of Transport in Porous Media. Vol. 27. Springer. doi:10.1007/978-3-319-25202-5. ISBN 978-3-319-25200-1.
  3. ^ Wang HF (2000). Theory of linear poroelasticity with applications to geomechanics and hydrogeology. Princeton University Press.
  4. ^ Cowin SC (1999). "Bone poroelasticity". Journal of Biomechanics. 32 (3): 217–38. doi:10.1016/s0021-9290(98)00161-4. PMID 10093022.
  5. ^ Malandrino, Andrea; Moeendarbary, Emad (2019), "Poroelasticity of Living Tissues", in Narayan, Roger (ed.), Encyclopedia of Biomedical Engineering, Oxford: Elsevier, pp. 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
  6. ^ Moeendarbary E, Valon L, Fritzsche M, Harris AR, Moulding DA, Thrasher AJ, Stride E, Mahadevan L, Charras GT (March 2013). "The cytoplasm of living cells behaves as a poroelastic material" (PDF). Nature Materials. 12 (3): 253–61. Bibcode:2013NatMa..12..253M. doi:10.1038/nmat3517. PMC 3925878. PMID 23291707.
  7. ^ Dormieux L, Kondo D, Ulm F (2006). Microporomechanics. Wiley. doi:10.1002/0470032006. ISBN 9780470032008.
  8. ^ Cowin SC, Doty SB, eds. (2007). Tissue Mechanics. Springer. doi:10.1007/978-0-387-49985-7. ISBN 978-0-387-36825-2.
  9. ^ Zoback, Mark D.; Kohli, Arjun H. (2019). Unconventional Reservoir Geomechanics: Shale Gas, Tight Oil, and Induced Seismicity. Cambridge: Cambridge University Press. doi:10.1017/9781316091869. ISBN 978-1-107-08707-1. S2CID 197568886.
  10. ^ Saurabh, Suman; Harpalani, Satya (2018-01-01). "The effective stress law for stress-sensitive transversely isotropic rocks". International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 101: 69–77. doi:10.1016/j.ijrmms.2017.11.015. ISSN 1365-1609.
  11. ^ Liu, Zhen (Leo). "Multiphysics - Poroelasticity and Poromechanics". www.multiphysics.us. Retrieved 2018-10-03.
  12. ^ Zhen (Leo) Liu (2018). Multiphysics in Porous Materials. Springer. ISBN 9783319930275.
  13. ^ Biot, M. A. (April 1962). "Mechanics of Deformation and Acoustic Propagation in Porous Media" (PDF). Journal of Applied Physics. 33 (4): 1482–1498. Bibcode:1962JAP....33.1482B. doi:10.1063/1.1728759. ISSN 0021-8979.
  14. ^ Biot, M. A. (March 1956). "Theory of Propagation of Elastic Waves in a Fluid‐Saturated Porous Solid. II. Higher Frequency Range" (PDF). The Journal of the Acoustical Society of America. 28 (2): 179–191. Bibcode:1956ASAJ...28..179B. doi:10.1121/1.1908241. ISSN 0001-4966.