基于分数阶热弹性理论的双层饱和多孔介质动力响应（英文）

作者：Min-jie WEN; Kui-hua WANG; Wen-bing WU; Yun-peng ZHANG; Hou-ren XIONG

来源：Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & Engineering), 2021, 22(12): 992-1005.

• 双层饱和多孔介质
• 热-水-力耦合动力响应
• 分数阶热弹性理论
• 接触热阻
• 弹性波阻抗

目的:由于双层饱和多孔介质的界面具有空隙,且空隙中水和土体的导热系数存在明显的差异,导致界面具有非完全热接触问题,并且热传导过程中存在接触热阻现象。本文利用接触热阻模型和弹性波的反射和透射原理,构建非完全热接触界面条件。同时采用分数阶热弹性理论描述饱和多孔介质的热力学行为,探讨分数阶参数对动力响应的影响是否与热阻系数有关,并分析热阻系数对动力响应的影响。创新点:1.将分数阶热弹性理论引入到Biot动力方程中,构建分数阶热-水-力耦合动力模型;2.利用接触热阻模型和弹性波的反射和透射原理,构建双层饱和多孔介质的界面非完全热接触条件。方法:1.通过将分数阶热弹性理论引入到热-水-力耦合动力方程中,建立分数阶热-水-力耦合动力模型;2.采用微分算子法,在频率域内得到温度增量、位移、孔隙水压力和应力的解析表达式;3.利用接触热阻模型和弹性波的反射和透射原理,构建双层饱和多孔介质的界面非完全热接触条件和边界条件。结论:1.随着分数阶导数参数α1和α2的增加,温度增量、位移、孔隙水压力和应力的响应幅值明显增加。同时,分数阶导数参数对热-水-力耦合响应的影响与界面的接触热阻有关。如果界面存在接触热阻,分数阶导数对系统响应的影响减弱。分数阶导数参数揭示了双层饱和多孔介质热-水-力耦合响应的热传导过程和热动力行为。2.分数阶导数参数α2对温度增量、位移、孔隙水压力和应力的影响大于分数阶导数α1的影响。而且,随着分数阶导数α2的增加,第二层的响应幅值显著增加。3.由于界面接触热阻的存在,界面温度增量存在跳跃现象,且随着接触热阻的增加变得更加明显。随着接触热阻的增加,位移、孔隙水压力和应力显著减小。

• 单位
  浙江大学