Coupled Elastic–Plastic Damage Modeling of Rock Based on Irreversible Thermodynamics
Notice bibliographique
Résumé
Shale is a common rock in oil and gas extraction, and the study of its nonlinear mechanical behavior is crucial for the development of engineering techniques such as hydraulic fracturing. This paper establishes a new coupled elastic–plastic damage model based on the second law of thermodynamics, the strain equivalence principle, the non-associated flow rule, and the Drucker–Prager yield criterion. This model is used to describe the mechanical behavior of shale before and after peak strength and has been implemented in ABAQUS via UMAT for numerical computation. The model comprehensively considers the quasi-brittle and anisotropic characteristics of shale, as well as the strength degradation caused by damage during both the elastic and plastic phases. A damage yield function has been established as a criterion for damage occurrence, and the constitutive integration algorithm has been derived using a regression mapping algorithm. Compared with experimental data from La Biche shale in Canada, the theoretical model accurately simulated the stress–strain curves and volumetric–axial strain curves of shale under confining pressures of 5 MPa, 25 MPa, and 50 MPa. When compared with experimental data from shale in Western Hubei and Eastern Chongqing, China, the model precisely fitted the stress–strain curves of shale at pressures of 30 MPa, 50 MPa, and 70 MPa, and at bedding angles of 0°, 22.5°, 45°, and 90°. This proves that the model can effectively predict the failure behavior of shale under different confining pressures and bedding angles. Additionally, a sensitivity analysis has been performed on parameters such as the plastic hardening rate b, damage evolution rate Bω, weighting factor r, and damage softening parameter a. This research is expected to provide theoretical support for the efficient extraction technologies of shale oil and gas.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».