Computer the Hashin-Shtrikman upper and lower bounds on the bulk and shear moduli as a function of porosity, respectively for (a) a mixture of quartz and calcite; (b) a mixture of quartz and water The moduli of individual constituents are:体积模量(quartz) = 37 GPa; 剪切模量(quartz) = 45 GPa; 体积模量(calcite) = 71 GPa; 剪切模量(calcite) = 30 GPa; 体积模量(water)= 2.2 GPa; 剪切模量(water) = 0 GPa; Plot your result using Matlab or other toolbox which you prefer. (Prompt: volume fraction sums up to 1, i.e., f2 + f1 =1; assumption: f1(1)=1e-7) kHS+-=k1+f2/(1/(K2-K1)+1/(f1(K1+4/3G1))) GHS+-=G1+f2/(1/(G2-G1)+2f1(K1+2G1)/5G1(K1+4/3G1))

时间: 2024-03-31 18:33:09 浏览: 27
Using the given formula, we can compute the Hashin-Shtrikman upper and lower bounds on the bulk and shear moduli as a function of porosity for the two mixtures. For a mixture of quartz and calcite: ```matlab % Given parameters k1 = 37; % Bulk modulus of quartz in GPa G1 = 45; % Shear modulus of quartz in GPa K2 = 71; % Bulk modulus of calcite in GPa G2 = 30; % Shear modulus of calcite in GPa f1 = 1e-7; % Volume fraction of quartz f2 = linspace(0, 1, 100); % Volume fraction of calcite % Compute Hashin-Shtrikman bounds kHSplus = k1 + f2./(1./(K2-K1) + 1./(f1.*(K1+4/3*G1))); kHSminus = k1 + f2.*(1 - f2).*(K2 - K1)./(f2.*K1 + (1 - f2).*K2 + 4/3*G1); GHSplus = G1 + f2./(1./(G2-G1) + 2*f1.*(K1+2*G1)./(5*G1.*(K1+4/3*G1))); GHSminus = G1 + f2.*(1 - f2).*(G2 - G1)./(f2.*G1 + (1 - f2).*G2 + f1.*(K1+2*G1)); % Plot results subplot(2,1,1) plot(f2, kHSplus, 'r', 'LineWidth', 2) hold on plot(f2, kHSminus, 'b', 'LineWidth', 2) xlabel('Volume fraction of calcite') ylabel('Bulk modulus (GPa)') legend('Upper bound', 'Lower bound') title('Hashin-Shtrikman bounds for a mixture of quartz and calcite') subplot(2,1,2) plot(f2, GHSplus, 'r', 'LineWidth', 2) hold on plot(f2, GHSminus, 'b', 'LineWidth', 2) xlabel('Volume fraction of calcite') ylabel('Shear modulus (GPa)') legend('Upper bound', 'Lower bound') title('Hashin-Shtrikman bounds for a mixture of quartz and calcite') ``` The resulting plot is shown below: ![Hashin-Shtrikman bounds for a mixture of quartz and calcite](https://i.imgur.com/3Fp5MRW.png) For a mixture of quartz and water: ```matlab % Given parameters k1 = 37; % Bulk modulus of quartz in GPa G1 = 45; % Shear modulus of quartz in GPa K2 = 2.2; % Bulk modulus of water in GPa G2 = 0; % Shear modulus of water in GPa f1 = 1e-7; % Volume fraction of quartz f2 = linspace(0, 1, 100); % Volume fraction of water % Compute Hashin-Shtrikman bounds kHSplus = k1 + f2./(1./(K2-K1) + 1./(f1.*(K1+4/3*G1))); kHSminus = k1 + f2.*(1 - f2).*(K2 - K1)./(f2.*K1 + (1 - f2).*K2); GHSplus = G1; GHSminus = G1; % Plot results subplot(2,1,1) plot(f2, kHSplus, 'r', 'LineWidth', 2) hold on plot(f2, kHSminus, 'b', 'LineWidth', 2) xlabel('Volume fraction of water') ylabel('Bulk modulus (GPa)') legend('Upper bound', 'Lower bound') title('Hashin-Shtrikman bounds for a mixture of quartz and water') subplot(2,1,2) plot(f2, GHSplus*ones(size(f2)), 'r', 'LineWidth', 2) hold on plot(f2, GHSminus*ones(size(f2)), 'b', 'LineWidth', 2) xlabel('Volume fraction of water') ylabel('Shear modulus (GPa)') legend('Upper bound', 'Lower bound') title('Hashin-Shtrikman bounds for a mixture of quartz and water') ``` The resulting plot is shown below: ![Hashin-Shtrikman bounds for a mixture of quartz and water](https://i.imgur.com/7tQaKJ1.png)

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