The Hydrofracturing of the Outer Shells of Icy Moons

• Thesis title in Czech: Hydrofrakturace vnějších slupek ledových měsíců
• Thesis title in English: The Hydrofracturing of the Outer Shells of Icy Moons
• Key words: hydrofrakturace|ledové měsíce|CPDM
• English key words: hydrofracturing|icy moons|continuum poro-damage mechanics
• Academic year of topic announcement: 2020/2021
• Thesis type: Bachelor's thesis
• Thesis language: angličtina
• Department: Mathematical Institute of Charles University (32-MUUK)
• Supervisor: doc. RNDr. Ondřej Souček, Ph.D.
• Author: hidden - assigned and confirmed by the Study Dept.
• Date of registration: 23.11.2020
• Date of assignment: 27.11.2020
• Confirmed by Study dept. on: 05.01.2021
• Date and time of defence: 14.09.2021 09:00
• Date of electronic submission: 22.07.2021
• Date of submission of printed version: 22.07.2021
• Date of proceeded defence: 14.09.2021
• Opponents: RNDr. Jaroslav Hron, Ph.D.
• Advisors: RNDr. Klára Kalousová, Ph.D.

Guidelines

Cílem práce bude:

1) Prostudování článku Duddu et al. (2020) - A non-local continuum poro-damage mechanics model for hydrofracturing of surface crevasses in grounded glacier, případně dalších referencí z článku a seznámení se základními koncepty lineární elastické teorie trhlin např. dle monografie Andersona.
2) Zprovoznění konečně prvkového numerického kódu Duddu et al. (platforma FEniCS), jeho testování.
3) Modifikace pro použití na úlohu šíření trhlin v ledových slupkách měsíců Enceladu či Europy hydrofrakturací z podpovrchového oceánu.
4) Studium šíření trhlin v závislosti na použité reologii, předpětí a dalších vybraných parametrech.

References

článek Duddu et al. 2020, A non-local continuum poro-damage mechanics model for hydrofracturing of surface crevasses in grounded glaciers, Journal of Glaciology

monografie Anderson, T. L. Fracture mechanics: fundamentals and applications. Third edition. Boca Raton: Taylor & Francis, 2005. ISBN 0-8493-1656-1.

Preliminary scope of work

Hydrofrakturace je proces šíření trhlin v prostředí v důsledku (či za pomoci) tlaku kapalin v trhlinách. V ropném průmyslu je známa jeho varianta tzv. frakování, kdy je uměle natlakovaná kapalina používána k rozrušení geologického podloží. K procesu hydrofrakturace však dochází v mnoha situacích i zcela přirozeně, velkou roli například hraje v odlamování ker šelfových ledovců, kde představuje zřejmě nejdůležitější proces ohrožující stabilitu těchto útvarů. V poněkud více exotickém kontextu se o hydrofrakturaci hovoří jako o možném mechanismu vzniku a šíření trhlin v ledových slupkách některých měsíců Saturnu a Jupiteru, např. na Enceladu či Europě. Cílem práce bude numerické modelování procesu šíření trhlin konečně prvkovým kódem Duddu et al. ve vhodně zjednodušené situaci a studium efektu základních modelových parametrů.

Preliminary scope of work in English

Hydrofracturing is a process of fracture propagation in a medium assisted by fluid pressure inside the fractures. In the oil industry, its popular variant is the so-called fracking, when an artificially pressurized fluid is used to disrupt the geological medium. The process of hydrofracture appears however also in nature in many situations, it plays a critical role in the calving of margins of the ice shelves, being possibly the most important process threatening their stability. In a much more exotic context, hydrofracture is considered as a possible mechanism of creation and propagation of fractures within the icy shells of several moons of Saturn and Jupiter, such as Enceladus or Europa. The goal of this thesis will be numerical modeling of the process of fracture propagation using a finite-element numerical code developed by Duddu et al., in a suitably simplified setting and the study of effects of principal model parameters on the process.