频率域内饱和多孔介质材料参数反演

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hexinyu2005
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多孔介质材料在工程建筑和日常生活中随处可见,我们所用到的所有天然材料,人造材料,包括生命体都属于多孔介质范畴,依据研究和使用的涉及方向的不同,多孔介质可以分很多个不同种类,例如地质研究中的多孔介质(岩、土等),人造多孔介质(例如:日用品材料、工程建筑类材料、工业生产类材料等),生命个体或群组类多孔材料(例如:人类身体、动植物本体)全部属于多孔介质范畴。而每种类型的材料,都存在各自不同的性质,其不同的性质又在不同的条件下所表现出的能力不同,故对材料特性的研究显得尤为重要。就工程类多孔介质而言,无论是设计还是建筑的安全检测,都离不开材料参数,参数取值的正确与否直接影响到结构的安全性和稳定性。一般情况下,工程建筑中所使用到的各种材料的材料(砂土、碎石、水泥混凝土、粉煤灰等各种粒料)参数都可以通过标准实验,或者经验取值获得,尤其是在一些大范围基础结构的设计中,材料参数过多依靠经验取值,这都导致我们对材料基本特性的了解不够切合实际。本文以工程多孔介质为研究对象,通过对多孔介质在饱和情况下进行激振实验研究,结合相关的理论推导,计算材料的 Lame参数,进一步将计算结果带入推导出的加速度公式计算加速度值,最后使用计算所得加速度值与实验加速度值对比确定计算正确性,这样本文所提到的方法也具有局部自检的功能。本文所提出的这种确定饱和多孔介质(砂)材料参数的方法也可适用于其他材料的多孔介质,例如:以聚乙烯泡沫为多孔介质骨架,水作为流体的实验体系,以羊毛毡制品为多孔介质骨架,硅油和水为流体的实验体系。  本文主要以工业标准砂作为实验及理论研究对象,用水做为多孔介质孔隙内的流体,在多孔介质饱和的情况下进行实验研究。以Biot饱和多孔介质理论为基础,同时考虑多孔材料的惯性和粘滞性,推导出以材料Lame常数为未知量的控制方程,结合饱和多孔介质激振实验数据,用遗传算法和模拟退火算法反演频率激振下多孔介质的Lame常数的取值。  1.叙述了饱和多孔介质的国内外研究现状;  2.使用Simon所阐述的(假定固体颗粒与流体均是不可压缩的)一维Biot波动理论基本方程,推导出解析多孔介质Lame常数反演所需要的控制方程。  3.以标准砂为饱和多孔介质的固体骨架,水为液相组成激振实验试件,通过专门设计的激振台以及相关仪器,组成多孔介质激振实验的实验装置,通过实验得到相关数据。  4.利用应力,应变(DHDAS信号)分析系统对实验数据进行采集以及分析整理,得出波形图谱中与边界条件相关的数据。  5.分别利用遗传算法和模拟退火算法对参数进行反演,并对两种算法的过程和结果进行对比。  6.利用参数反演,结合理论控制方程与实验所得的边界条件中的数据,以Lame常数为未知参数,对其进行反演计算,并最终得到 Lame常数数值,将反演计算得到数值代入加速度公式正算后与实验数据对比,验证反演计算的正确性。
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