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http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/3692| Role of the fluid viscous stress tensor in poroelastic wave propagation across discontinuities Rol del tensor de esfuerzos viscosos del fluido en la propagación de ondas poroelásticas a través de discontinuidades | |
| Josué Gabriel González Flores | |
| PRATAP NARAYAN SAHAY SAHAY | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| Poroelasticity, wave propagation, viscous stress tensor Poroelasticidad, propagación de ondas, tensor de esfuerzos viscosos | |
| The fluid viscous stress tensor captures the stresses due to the strain rate of a Newtonian fluid. The trace of this tensor describes the pressure dissipation, and the trace-free part describes the fluid shear motion, i.e., the fluid vorticity. Both terms represent the two intrinsic loss mechanism of the fluid. This tensor is missing in the widely used Biot theory of poroelasticity. As a result, the viscous dissipation within the fluid is not adequately captured in this theory. It only accounts for the viscous dissipation due to the drag of the relative motion of the constituent parts of a porous medium. The missing fluid viscous stress tensor has implications for waves across poroelastic discontinuities. This thesis studies those implications by analyzing the wave-scattering on planar contacts with impermeable and permeable surfaces. It is carried out in the framework of the de la Cruz-Spanos poroelasticity theory that includes the fluid viscous stress tensor into the constitutive relations. This theory incorporates an additional wave process, the slow S-wave, which manifests the fluid vorticity at macroscale, along with the fast P-, slow P-, and fast S-waves predicted in the Biot theory. The case of impermeable surfaces is of particular interest because it enhances the generation of fluid vorticity; hence the implications of the fluid viscous stress tensor are more apparent. This case shows that, without the fluid viscous stress tensor in the poroelastic constitutive equations, the motion of the fluid is unconstrained in the tangential direction of the contact. It causes a violation of the fundamental no-slip boundary condition of the fluid. The absence of fluid viscous stress tensor not only affects the definition of boundary conditions but also causes a change in the amplitude of the scattered waves. In the case of S-waves, it generates a reduction of amplitude that, in impermeable surfaces, exists even if there is not any contrast in properties. It also occurs in the P-waves. However, there is a minor amplitude reduction in this case. This effect is not limited to the impermeable surfaces, but it also appears in the permeable contacts with variations in properties. In all the cases, those effects are not exclusively a function of the frequency. Instead, they are dependent on the contrast of properties at the heterogeneity and the hydraulic contact. Therefore, the effect of the viscous stress can not be determined with a single term in the equations... El tensor de esfuerzo viscoso del fluido captura los esfuerzos debidos al cambio en el tiempo de la deformación de un fluido Newtoniano. La traza de este tensor describe la disipación de presión, y la parte libre de traza describe el movimiento de cizalla del fluido, es decir, la vorticidad del fluido. Ambos procesos representan los dos mecanismos de atenuación intrínseca del fluido. Este tensor no existe en la ampliamente utilizada teoría de poroelasticidad de Biot. Como resultado, la disipación viscosa en el fluido no se incluye adecuadamente. Esta solo tiene en cuenta la disipación debida al arrastre del movimiento relativo de las partes que constituyen el medio poroso. La falta del tensor de esfuerzo viscoso del fluido tiene implicaciones para la propagación de ondas a través de discontinuidades poroelásticas. Esta tesis estudia esas implicaciones analizando el scattering de ondas en contactos planos con superficies impermeables y permeables. Esto se realiza en la teoría de poroelasticidad de De la Cruz-Spanos que incluye el tensor de esfuerzo viscoso del fluido en las relaciones constitutivas. Esta teoría describe un proceso adicional, la onda S lenta, que manifiesta la vorticidad del fluido a macro-escala, junto con las ondas P rápida, P lenta y S rápida predichas en la teoría de Biot. El caso de las superficies impermeables es de especial interés porque aumenta la generación de vorticidad del fluido; por lo tanto, las implicaciones del tensor de esfuerzo viscoso son más evidentes. Este caso muestra que sin el tensor de esfuerzo viscoso en las ecuaciones constitutivas, el movimiento del fluido no está restringido en la dirección tangencial al contacto. Esto provoca una violación de la condición fundamental de no deslizamiento del fluido. La ausencia del tensor de esfuerzo viscoso no sólo afecta a la definición de las condiciones de frontera, también provoca un cambio en la amplitud de las ondas convertidas. En el caso de las ondas S, genera una reducción de la amplitud que, en superficies impermeables, existe aunque no haya ningún contraste de propiedades. Esta también se produce en las ondas P; sin embargo, la reducción de amplitud es menor. Este efecto no se limita a las superficies impermeables, también aparece en los contactos permeables con variaciones en las propiedades. En todos los casos, los efectos no son exclusivamente función de la frecuencia. Por el contrario, dependen del contraste de propiedades en la heterogeneidad y el contacto ... | |
| CICESE | |
| 2022 | |
| Tesis de doctorado | |
| Inglés | |
| González Flores, J.G. 2022. Role of the fluid viscous stress tensor in poroelastic wave propagation across discontinuities. Thesis Doctor of Science. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 108 pp. | |
| OTRAS | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Ciencias de la Tierra |
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