Hashin-Shtrikman弹性模量边界的转换

当孔隙内介质为流体时,用经典的Hashin-Shtrikman弹性模量边界模型估算线弹性各向同性双相孔隙介质整体弹性模量将存在问题.首先基于整体介质与宏观各向同性组分满足的应力和应变组分关系,推导出整体介质弹性矩阵与组分弹性矩阵之间的显式关系,联合其应变关系,定义和分析了对应的两个系数张量,并据此导出了相关场变量位于统一坐标系时整体介质体积模量与剪切模量的关系;然后将经典的Hashin-Shtrikman弹性模量边界模型与上述关系式结合,得到4个新的整体介质弹性模量的估算公式,再与原始的Hashin-Shtrikman弹性模量边界进行了比较,最后针对饱和水纯净砂岩介质进行了试算.结果显示,孔隙介质整体与组分的应力应变、弹性矩阵以及弹性模量之间存在组分加权关系;新的弹性模量表达式计算值在组分弹性模量满足一定条件下位于原始的Hashin-Shtrikman边界内,这在一定程度上弥补了经典Hashin-Shtrikman边界模型对于整体弹性模量特别是孔隙度小于20%时剪切模量估算的不足.     

Hashin-Shtrikman弹性模量边界的转换

当孔隙内介质为流体时,用经典的Hashin-Shtrikman弹性模量边界模型估算线弹性各向同性双相孔隙介质整体弹性模量将存在问题。首先基于整体介质与宏观各向同性组分满足的应力和应变组分关系,推导出整体介质弹性矩阵与组分弹性矩阵之间的显式关系,联合其应变关系,定义和分析了对应的两个系数张量,并据此导出了相关场变量位于统一坐标系时整体介质体积模量与剪切模量的关系;然后将经典的Hashin-Shtrikman弹性模量边界模型与上述关系式结合,得到4个新的整体介质弹性模量的估算公式,再与原始的Hashin-Shtrikman弹性模量边界进行了比较,最后针对饱和水纯净砂岩介质进行了试算。结果显示,孔隙介质整体与组分的应力应变、弹性矩阵以及弹性模量之间存在组分加权关系;新的弹性模量表达式计算值在组分弹性模量满足一定条件下位于原始的Hashin-Shtrikman边界内,这在一定程度上弥补了经典Hashin-Shtrikman边界模型对于整体弹性模量特别是孔隙度小于20%时剪切模量估算的不足。     

ETFE薄膜单轴和双轴拉伸试验与分析

采用乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)薄膜哑铃形试件,进行单轴拉伸试验,得到了工程中常用的ETFE薄膜的力学参数(屈服强度、屈服应变、切线模量和割线模量);在考虑ETFE薄膜粘弹塑性效应特征的前提下,应用应变能等效的方法计算ETFE薄膜等效弹性模量,结果表明计算得到的等效弹性模量介于切线模量和割线弹性模量之间.研制了一种专用于ETFE薄膜双轴拉伸试验的装置,并进行了系列试验;基于正交异性薄膜理论推导出薄膜双向解耦的独立弹性常数计算列式.根据ETFE薄膜双轴拉伸应力-应变曲线,求得厚度为250μm的ETFE薄膜在双边应力比为1:1的工况下的耦合模量为1163 MPa;由正交异性理论计算得该薄膜的解耦模量为814.2 MPa,与单轴拉伸试验得到的等效弹性模量相近.     

纳微米双相颗粒增强陶瓷基复合材料力学性能的数值模拟

以包晶型(纳米颗粒包围微米颗粒)和内晶型(纳米颗粒嵌于微米颗粒中)2种分布状态的特征体积单元为研究对象,利用整体-局部均质化方法从数值分析的角度计算了复相陶瓷材料中纳米颗粒与微米颗粒的排列方式、体积比、粒径比、界面特征等纳微观结构特性对纳微米颗粒增强陶瓷基复合材料有效弹性模量的影响。结果表明纳微米颗粒呈包晶型分布状态时,随体积百分比的增加,有效模量增大较为显著;与矩形特征体积单元相比,六边形情况估算有效弹性模量偏高;纳微米颗粒粒径比越小,颗粒分布越均匀,有效弹性模量越大;微观颗粒与基体间的界面损伤比纳观颗粒与基体的界面损伤更易于导致材料的有效刚度降低。从晶粒细化特征及显微结构等因素解释合理的纳微观复相颗粒分布对陶瓷基复合材料的有效弹性模量的改善效应。     

裂隙尖端能量释放和整体变形能量的等效性

以单轴应力和静水应力状态为例，分析了单裂隙变形过程中裂隙尖端局部能量释放和裂隙整体变形能量的等效性；并以此等效性为基础，从计算裂隙尖端局部能量释放和计算裂隙整体变形能量两种途径出发，对裂隙固体的有效弹性模量和有效体积模量进行估计，得到了相同的表达式，从而说明了两种能量的等效性是众多裂隙岩体类型有效弹性模量分析的基本前提。     

硫酸盐侵蚀下水泥基材料等效应力计算

针对硫酸盐侵蚀过程中水泥基材料的体积膨胀问题,运用盐结晶与微孔力学理论,建立了水泥基材料与其毛细孔隙内钙矾石晶体相互作用的代表性体积单元(RVE)及其力学分析模型,分析了一定钙矾石浓度下RVE内膨胀应力在微观尺度上的空间分布规律。通过均匀化方法,从宏观尺度上分析了RVE所在位置点的等效应力随钙矾石浓度的变化规律。分析结果表明,微观尺度上RVE内钙矾石组成的内球体各向受压,水泥基材料组成的外球壳径向受压、环向受拉;宏观尺度上RVE所在位置点的径向等效应力为压应力,且随钙矾石浓度的增加而增大,而环向等效应力为拉应力,也随钙矾石浓度的增加而增大。     

二氧化碳压裂液对煤体力学特性影响的试验研究

为了研究二氧化碳压裂液对煤体力学特性的影响规律,以陕北典型侏罗纪煤层为研究对象,利用自主研发的煤岩体多场多相耦合压裂试验系统,开展不同二氧化碳压裂液、不同条件(时间、温度和浸泡压力)下的煤体浸泡试验,通过单轴压缩与巴西劈裂力学测试,分析二氧化碳压裂液对煤体力学特性的影响规律,同时结合X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)对煤体的微观测试,分析二氧化碳压裂液与煤体的相互作用机制。结果表明:二氧化碳压裂液浸泡后煤体的峰值强度、弹性模量、抗拉强度与软化系数均出现不同程度的下降;二氧化碳压裂液作用煤体过程中,煤体的峰值强度、弹性模量与软化系数受温度、浸泡压力影响较大,且对煤体强度弱化幅度超过30%;在二氧化碳压裂液作用下,一方面改变煤体颗粒骨架与孔隙结构,另一方面改变煤体中的矿物组分,降低矿物颗粒间的联结力,从而弱化煤体的力学特性。研究成果为低渗硬厚煤层二氧化碳耦合压裂参数设计优化提供参考。     

砂砾岩弹性试验研究

对济阳坳陷东营北带东段地区砂砾岩体储层取样进行岩石物理试验测试.首先利用等效介质理论计算岩石基质的弹性模量;通过薄片观察和弹性模量测试,研究砂砾岩Biot系数变化特征,分不同岩性利用曲线回归干岩样的Biot系数与φ/φc(φ和φc分别为岩石孔隙度和临界孔隙度)关系式模型,根据扩展的Biot-Gassmann关系式计算出流体饱和后的岩石弹性模量,将预测纵横波波速与实际测试进行对比;最后通过岩石物理试验测试,验证Biot-Gassmann理论用于分析砂砾岩弹性特征的适用性.结果表明:利用HS边界模型计算的弹性模量更接近岩心的实际基质弹性模量,比取经验值精确,且降低了岩样流体饱和后的敏感性影响;Biot系数反映岩石孔隙的刚度,孔隙度大的系数大,它随着有效压力的增大而减小,与岩石的岩性、矿物组成、内部结构有关;利用扩展Biot-Gassmann理论预测纵横波速度得到满意结果,简化了估算纵横波速度的过程.     

利用弹性模量计算含气饱和度方法研究

利用弹性模量计算地层含气饱和度丰富了利用测井资料对储集层进行解释、评价的手段,提高了含气饱和度这一重要参数的解释精度。由阵列声波测井资料得到的纵、横波速度信息以及密度信息可以计算出岩石弹性模量参数。根据Gassmann方程所描述的低频情况下岩石颗粒、岩石骨架和流体体积模量与不同孔隙组分饱和度之间的关系,建立了含气饱和度与地层饱含气、饱含水时岩石骨架体积模量与剪切模量的关系方程,从而得到基于弹性模量的地层含气饱和度计算模型。实际测井资料解释处理结果与试油资料符合,验证了方法的可行性。     

PBX炸药有效弹性模量的有限元模拟

采用代表体积元法,建立了炸药颗粒圆形随机分布和六边形规则分布细观力学模型,通过ANSYS有限元软件对PBX炸药的有效弹性模量进行了计算,计算结果和实验结果吻合较好.计算分析了炸药颗粒的性质、体积分数、形状和级配以及黏结剂性质等因素对PBX炸药有效弹性模量的影响.结果表明,炸药颗粒形状和分布方式对PBX炸药的有效弹性模量影响较小;颗粒级配对PBX炸药的有效弹性模量影响较大.PBX炸药的有效弹性模量随炸药颗粒体积分数以及弹性模量的增加而增大,在炸药颗粒体积分数较高时,炸药颗粒性质对PBX炸药有效弹性模量的影响较明显.黏结剂的体积分数虽然很少,但黏结剂的弹性模量对PBX炸药有效弹性模量的影响较大.     

Ammonia borane at high pressures

Ammonia borane has received tremendous research attention in the past decade because of its potential for chemical hydrogen storage. This paper reviews recent studies about the behavior of ammonia borane at high pressures. While much work is still needed to comprehensively understand the pressure influence on this molecular crystal, a phase diagram based on the available experimental and theoretical data is constructed. Raman spectroscopy studies indicate five transitions upon compression up to 65 GPa at ambient temperature. Diffraction experiments and theoretical studies demonstrate that three of these transitions are first-order phase transformations in the sequence of I4mm-Cmc21-P21-（different） P21, and two are iso-structural. A low-temperature phase（Pmn21） and a high-temperature high-pressure phase（Pmna） are also recognized.     

Hydrous silicate melt at high pressure

The structure and physical properties of hydrous silicate melts and the solubility of water in melts over most of the pressure regime of Earth's mantle (up to 136 GPa) remain unknown. At low pressure (up to a few gigapascals) the solubility of water increases rapidly with increasing pressure, and water has a large influence on the solidus temperature, density, viscosity and electrical conductivity. Here we report the results of first-principles molecular dynamics simulations of hydrous MgSiO3 melt. These show that pressure has a profound influence on speciation of the water component, which changes from being dominated by hydroxyls and water molecules at low pressure to extended structures at high pressure. We link this change in structure to our finding that the water-silicate system becomes increasingly ideal at high pressure: we find complete miscibility of water and silicate melt throughout almost the entire mantle pressure regime. On the basis of our results, we argue that a buoyantly stable melt at the base of the upper mantle would contain approximately 3 wt% water and have an electrical conductivity of 18 S m(-1), and should therefore be detectable by means of electromagnetic sounding.     

MgO高温高压下的P-V-T关系

本文利用分子动力学方法和有效经验对势模型对MgO高温高压下的物态方程进行了研究,发现分子动力学方法得到的MgO岩盐结构的摩尔体积(温度范围:300-2000 K,压力范围:0～100 GPa)和实验结果吻合;另外,基于势模型的可靠性预测了300-2000K和0～100 GPa的温压范围内MgO岩盐结构的P-V-T关系,并对两种势模型计算结果进行了比较研究.计算得到的高温高压下MgO物态方程在地球物理学具有重要的参考价值.     

高温高压旋风分离器的性能及其应用

以工业应用成熟的PV型高效旋风分离器为基础，从改善分离器的强度入手，对PV型分离器顶部及进气口等部位的结构进行改造，提出了一种拱顶、直切入口、升气管偏心的新型旋风分离器。介绍了新型分离器与PV型的冷模对比性能试验、分离效率与压降计算及其在粉煤灰熔聚流化床气化、聚丙烯聚合反应装置中的应用。结果表明，新型分离器结构强度和分离性能优良，适合在高温、高压工况下应用。     

金属陶瓷在高温下的变形规律

论述隔热技术在军用装甲车辆上的应用意义,分析发动机燃烧室应用隔热技术存在的困难和关键问题. 采用类比实验的方法,应用金属半固态加工理论和材料属性的研究方法,通过对金属陶瓷(以TiC-Ni为例)进行热模拟实验,研究金属陶瓷在高温下的变形规律和性能,从而探索性地研究陶瓷在高温下的破坏机理. 实验和研究表明:基于经典弹塑性及蠕变理论的本构方程,非弹性应变在高温下其本质上是时间相关的. 非弹性变形是由一单一的机理控制,宜用统一的方法,即把塑性及蠕变相联系起来的弹粘塑性本构方程来处理. 根据热模拟实验数据,采用多元回归的方法拟合出反映某金属陶瓷在高温下变形性能的数学模型,最后应用数理统计的方法对建立的数学模型进行检验,结果表明建立的模型是合理的.     

根据原料性质和组成特点选择催化剂的研究

选用了 4种不同类型分子筛和基质的新鲜催化剂 ,在水气氛下进行高温老化 ,并对老化后的催化剂进行了性质表征。结果表明 ,催化剂Reduxion 6 0、RHZ 2 0 0和RHZ 30 0在老化后仍具有较高的结晶度、合适的比表面积和孔径 ,并具有好的产物分布和产物选择性。在重油微反装置上对胜华催化原料与 5种催化剂进行了最佳配伍实验。结果表明 ,催化原料与催化剂之间存在配伍关系 ,对于孤岛和草桥蜡油选用Reduxion 6 0催化剂可以获得较高的轻油收率和总液收率 ;对于奥里蜡油 ,选用RHZ 2 0 0和RHZ 30 0催化剂可以获得较为理想的产物分布、高的轻油收率和较低的焦炭产率。     

高频超声空化场喷射枪

根据高频超声及其空化场的力、热效应,以及空化场聚束管和液-固界面的增强作用原理,提出、设计和制作了一种小型的高频超声空化场喷射枪。试验表明,它用于水下破解冰冻物品、高分子板材焊接和瓶装液体除气方面是可行的。     

轮胎高速直线稳定性研究

针对不同型号的轮胎进行力学特性试验,建立轮胎模型和车辆动力学模型。实验结果显示,所建模型是正确的,可以进行车辆操纵稳定性仿真实验。通过中心区和回正性仿真试验,研究不同轮胎对车辆直线性的影响。在中立感实验中,轮胎的侧偏刚度越大,侧向加速度、横摆角速度和侧倾角越小。在回正实验中,轮胎的侧偏刚度越大,方向盘转角、横摆角速度和侧倾角的残余越小。仿真结果显示不同侧偏特性的轮胎表现出不同的直线稳定性。     

高温高压旋风分离器的性能及其应用

以工业应用成熟的PV型高效旋风分离器为基础,从改善分离器的强度入手,对PV型分离器顶部及进气口等部位的结构进行改造,提出了一种拱顶、直切入口、升气管偏心的新型旋风分离器.介绍了新型分离器与PV型的冷模对比性能试验、分离效率与压降计算及其在粉煤灰熔聚流化床气化、聚丙烯聚合反应装置中的应用.结果表明,新型分离器结构强度和分离性能优良,适合在高温、高压工况下应用.