弹塑性多孔介质流固耦合新理论:混合耦合理论

来源：计算力学学报杂志2024年第1期北京时间：

作者：徐丽阳,王锴,丁智,徐日庆,陈晓辉

单位：浙江大学 滨海和城市岩土工程研究中心, 杭州 310058,浙江省城市地下空间开发工程技术研究中心, 杭州 310058,浙大城市学院 土木工程系, 杭州 310015,浙江省城市盾构隧道安全建造与智能养护重点实验室, 杭州 310015,北京师范大学 水科学研究院, 北京 100875,利兹大学 土木工程系, 英国利兹 LS2 9JT,浙大城市学院 土木工程系, 杭州 310015,浙江省城市盾构隧道安全建造与智能养护重点实验室, 杭州 310015,浙江大学 滨海和城市岩土工程研究中心, 杭州 310058,浙江省城市地下空间开发工程技术研究中心, 杭州 310058,利兹大学 土木工程系, 英国利兹 LS2 9JT

摘要：在全球气候变化和双碳政策的大背景下，多孔介质中固体的变形和流体的输运问题变得尤为重要。然而，在多孔介质中建立流固耦合模型仍面临的挑战之一是需要考虑跨越宏观尺度到纳米尺度的耦合作用。本文利用基于非平衡热力学的混合耦合理论，提出了一个弹塑性多孔介质流固耦合新模型，在同一个理论框架内研究了弹性变形、塑性变形和液体渗流之间跨尺度的耦合，考虑了耗散过程中的熵产，并利用Helmholtz自由能来连接宏观尺度上的力学变形和纳米尺度上的液体输运之间的相互作用。在应力-应变关系中采用了弹塑性刚度系数以反映塑性的影响。同时，经典的达西定律扩展为考虑固体的塑性变形。通过与文献中模型的比较，验证了该模型的有效性。最后，数值分析表明在多孔介质的流固耦合中塑性变形具有比较显著的影响。

关键词：混合耦合理论,塑性,流固耦合,多孔介质,跨尺度,

基金资助：浙江省“尖兵”“领雁”研发攻关计划（2023C03182）；国家自然科学基金（52178400；52278418）；浙江省自然科学基金重点项目（LHZ20E080001）；浙江省重点研发计划项目（2020C01102）资助.