细观非连续介质的应力波传播研究

• Published in: 爆炸与冲击 Vol. 44; no. 9; pp. 48 - 59
• Main Authors: 袁良柱, 陈美多, 谢雨珊, 陆建华, 王鹏飞, 徐松林
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 中国地震局地震预测研究所高压物理与地震科技联合实验室,北京 100036 01.09.2024; 中国科学技术大学中国科学院材料力学行为和设计重点实验室,安徽合肥 230027%中国科学技术大学中国科学院材料力学行为和设计重点实验室,安徽合肥 230027
• Subjects: 细观非连续; wave propagation; 等效分数阶阶数; 分数阶导数; 有限差分; fractional derivative; equivalent fractional order; meso-discontinuous; 波传播; finite difference method
• ISSN: 1001-1455
• DOI: 10.11883/bzycj-2023-0365

O347.3; 固体介质,如岩石、混凝土、贝壳和多孔材料等均具有细观非连续、宏观连续的特性,揭示这种细观非连续性对材料动力学响应的影响规律,对于材料设计、安全防护等具有重要意义.从广义Taylor公式出发,推导了分数阶定义下的非连续介质的一维波动方程,引入等效分数阶简化了控制方程.利用有限差分法得到了控制方程的数值解,结果表明:控制方程中的等效分数阶阶数越小,计算得到的波形衰减的程度越大.为了验证方程的可靠性,并进一步研究非连续介质的波传播规律,在考虑多孔材料、岩石等介质的结构特征的基础上,基于ABAQUS软件建立了随机多孔介质模型.分析发现:多孔介质的波传播受到介质细观非连续程度、材料属性和输入波脉宽的影响,但对应的等效分数阶阶数只与介质细观非连续程度相关,因此,其可以作为评价非连续介质动态响应的一个依据.等效分数阶阶数随着孔隙率的增加而减小,孔洞相对数量分布大致相同的情况下,其统计关系近似呈线性关系.研究结果可为研究多孔材料、贝壳等细观非连续介质的波动传播提供新思路.