(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210722082.5 (22)申请日 2022.06.24 (71)申请人 中煤科工集团西安研究院有限公司 地址 710077 陕西省西安市高新区锦业 一 路82号 (72)发明人 单蕊　朱伟　曹晓毅　王千遥　 聂爱兰　王涛　张宪旭　孙希杰　 (74)专利代理 机构 北京天奇智新知识产权代理 有限公司 1 1340 专利代理师 袁琳 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 基于数字岩心的阻尼自由振动数值模拟方 法 (57)摘要 本发明涉及一种阻尼自由振动数值模拟方 法， 具体是涉及一种基于数字岩心的阻尼自由振 动数值模拟方法。 包括： 步骤1， 建立二阶位移 ‑应 力格式的波动方程； 步骤2， 设置数据岩心的初始 条件和边界条件； 步骤3， 开展阻尼自由振荡数值 模拟； 步骤4， 计算均应力和平均应变曲线； 步骤 5， 计算纵波速度和计算品质因子。 本发 明具备以 下优点： 在波动方程模拟过程中， 零时刻数字岩 心受到均匀的横向正应变； 在大于零时刻数字岩 心的左、 右两端采用自由表面边界条件， 数值模 拟计算的速度和衰减参数对应的地震波的波长 与数字岩心的长度一 致， 计算结果的稳定性高。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 115081282 A 2022.09.20 CN 115081282 A 1.一种基于数字岩心的阻尼自由振动数值模拟方法， 其特 征在于， 包括： 步骤1， 建立 二阶位移 ‑应力格式的波动方程； 步骤2， 设置数据岩心的初始条件和边界条件； 步骤3， 开展阻尼自由振荡 数值模拟； 步骤4， 计算均应力和平均应 变曲线； 步骤5， 计算纵波速度和计算品质因子 。 2.根据权利要求1所述的一种基于数字岩心 的阻尼自由振动数值模拟方法， 其特征在 于， 所述步骤1中， 数字岩心的骨架和流体均为各向 同性的黏 弹性介质， 采用以下二阶位移 ‑ 应力格式的波动方程 来模拟阻尼自由振动数据： 式中， ρ 表示数字岩心网格的密度； ux＝ux(x,z,t)和uz＝uz(x,z,t)分别表示数字岩心网 格沿x和z方 向的位移分量； σxx, σzz, σxz表示数字岩心 网格的应力分量， 分别表示垂直x轴的 截面上x方向的应力、 垂直z轴的截面上z方向的应力和 垂直x轴的截面上z方向的应力； exx, ezz,exz表示数字岩心网格的应变分量， 分别表示垂直x轴的截面上x方向的应变、 垂直z轴的 截面上z方向的应变和垂 直x轴的截面上z方向的应变； λ和 μ表 示数字岩心网格的拉梅常数； ηλ和 ημ表示数字岩心网格的两个黏滞系数。 3.根据权利要求1所述的一种基于数字岩心 的阻尼自由振动数值模拟方法， 其特征在 于， 所述步骤2中， 初始条件为在零时刻使数字岩心获得均匀的水平正应变场。 边界条件为 在数字岩心的上、 下边界应用 周期性边界条件； 在左、 右边界设使用自由表面 边界条件。 4.根据权利要求1所述的一种基于数字岩心 的阻尼自由振动数值模拟方法， 其特征在 于， 采用旋转交错网格有限差分法求 解数字岩心中的流固耦合的波动方程。 5.根据权利要求4所述的一种基于数字岩心 的阻尼自由振动数值模拟方法， 其特征在 于， 所述步骤3中， 采用2阶精度的旋转交错网格有限差 分格式， 速度和位移的有限差 分可直 接用下面的公式表示： 式中， ψi可表示网格顶点的位移和速度， 下 标i＝1,2,3,4表示网格的4个顶点的标号。 6.根据权利要求1所述的一种基于数字岩心 的阻尼自由振动数值模拟方法， 其特征在权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115081282 A 2于， 所述步骤4中， 在每个模拟时刻计算数字岩心的体积平均应力和 应变， 在数值模拟结束 后， 形成平均应力和平均应 变曲线。 7.根据权利要求1所述的一种基于数字岩心 的阻尼自由振动数值模拟方法， 其特征在 于， 所述步骤5中， 基于下式计算弹性波在数字岩心中的传播速度VP： 式中， VP为纵波速度， T周期， 数字岩心在x方向上的长度Lx。 8.根据权利要求1所述的一种基于数字岩心 的阻尼自由振动数值模拟方法， 其特征在 于， 所述步骤5中， 基于下式计算逆品质因子： 式中， QP为纵波品质因子， Δt为平均应力和平均应 变曲线同一相位的波峰时间差 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115081282 A 3