饱和多孔介质Biot和TPM理论的比较性研究分析

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目前,Biot理论和多孔介质理论(TPM)在工程中已被广泛应用,建立和探寻热局部平衡/非平衡条件下Biot理论和TPM理论中耦合参数之间的联系,在理论和实验上都是很有意义的,同时对两种理论差异的探讨以及多孔介质力学行为的深入研究也是十分必要的。本论文首先基于两种理论在热局部平衡条件下基本控制方程,假定固相位移为无旋场以及温度场无热源,通过分析比较Biot理论和TPM理论热-弹性理论模型之间的相似性,给出了两种理论模型中耦合参数之间的联系。这种耦合参数间的关系仅依赖材料本身的物理和力学性能参数,具有更大范围的适用性,并为TPM理论的耦合参数提供了一种计算方法。然后,基于Biot理论模型,推导求得无限平面和空间无限体上受任意点热源时孔隙压力的基本解,并给了无限平面和空间无限体上受任意点热源时两种理论孔隙压力差和固相位移差的基本解。最后,利用耦合参数间的关系并结合不同的材料,对位移为无旋场(圆形域热源,球形域热源)和有旋场(矩形域热源)的三个问题,数值分析和研究了Biot理论下孔隙压力和两种理论间孔隙压力差的变化规律。在现有的参数关系和热源形式下,两种理论间孔隙压力的差别是非常明显的。对于平面圆形域和矩形域热源问题,其相对误差多达24%;对于空间球形域热源问题,其相对误差则高达54.3%。
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