压裂泵泵头体相贯线裂尖应力场及应力强度因子研究*

压裂泵泵头体作为油气压裂工艺的中的关键装备,直接决定了压裂技术的成败,影响油气开采效率和经济效益。针对现有泵头体相贯线处的疲劳开裂失效现状,建立了泵头体有限元分析模型和不同初始长度的圆形裂纹断裂模型,通过分析裂尖应力场和应力强度因子的分布规律。结果表明:内压作用下,泵头体整体仍处于弹性区,只有裂纹面前方两侧的45°~70°区域进入塑性区。相贯线处的裂纹类型虽然为Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ复合裂纹,但是仍然是I型裂纹主导,裂纹的起始位置位于两个内腔表面。不同裂纹长度,其应力强度因子分布规律基本一致;但是初始裂纹越长,裂纹越容易发生扩展。裂尖附近区域应力分布是影响裂纹起裂的关键因素,但泵头体两个相贯内腔半径也会影响裂纹起裂。通过分析泵头体裂尖应力场和应力强度因子,可以更好了解泵头体疲劳开裂原因和裂纹起裂位置,为泵头体的工程应用提供理论依据。     

基于热固耦合的压裂泵泵头体工作特性研究

压裂泵泵头体是压裂工艺装备中的重要组成部分,其承载能力对压裂工艺技术的发展具有较大影响。针对泵流体吸入排出运动特性分析,建立了柱塞以及输出流量的运动规律曲线,完成了泵头体的热传递以及热变形分析。基于workbench软件热固耦合方法,获得了泵头体内腔的温度场以及应力应变分布场。结果表明:内腔温度场沿水平方向热传导速率最快;泵头体内部结构之间的相互约束及结构的应力集中性是导致温度场热应力产生原因,主要分布在内腔表面以及沿表层内侧厚度60 mm范围内;热应力的存在提高了整个内腔壁面的应力,但对相贯线处应力有一定改善作用。从热固耦合角度研究泵头体正常工况下承载性能,为泵头体的设计提供新思路。     

超高压压裂泵泵头体自增强再处理研究

自增强技术是提高超高压压裂泵泵头体寿命的有效方法。针对自增强处理形成的残余应力易出现松弛现象,开展了对泵头体再次自增强处理的研究。分析了初始自增强处理的最佳自增强压力的计算方法,得出了最佳压力值为637.7 MPa;并计算了泵头体在最佳自增强压力作用下的残余应力及工作应力分量值。确定了泵头体危险处沿内腔十字交叉孔面法线方向的应力分量对泵头体疲劳寿命的提高或降低起主导因素。根据法向残余压应力的衰减量,研究了泵头体再次自增强处理压力及残余压应力层深度变化的规律。结果表明:当泵头体内腔残余应力衰减量达到40%~45%范围内,需要进行再次自增强处理;且实施再次自增强处理所需的自增强压力应略高于或等于初始自增强处理时的最佳自增强压力。     

不规则管管相贯曲线的轨迹规划

建立集斜交、偏移于一体的通用相贯曲线的数学模型,提出一种连续控制焊枪位置和姿态的方法.根据管管相贯模型的特点,给出一种在相贯线上示教三点确定相贯线轨迹的焊枪头位置插补算法.采用主法面二分角法确定焊枪头的姿态模型,利用Robotics Toolbox工具箱建立管管相贯线焊缝的数学模型.通过仿真验证了该轨迹规划方法能有效完成焊枪头位置和姿态的控制.该方法操作简单、计算量小,对管管相贯曲线的轨迹规划具有重要的参考价值.     

有限平面应变Ⅱ型裂纹尖端幂律塑性应力场全解

针对幂律材料、有限平面应变紧凑拉伸剪切(Compact Tension and Shear, CTS)试样,基于能量密度等效方法可得到CTS试样能量密度中值点的代表性体积单元(Representative Volume Element, RVE)的等效应力解析解,以该应力解作为特征应力因子,采用表征CTS试样Ⅱ型裂纹尖端应力场的三角特殊函数,提出了描述有限平面应变幂律塑性Ⅱ型裂纹尖端应力场的半解析模型以及用于描述Ⅱ型裂纹尖端扇贝轮廓式等应力线的理论解.本文Ⅱ型裂纹裂尖场模型对平面应变CTS试样裂尖应力场的预测结果与有限元分析结果密切吻合, Ⅱ型裂纹裂尖幂律塑性应力场模型完善了弹塑性断裂力学,并对剪切型断裂安全评价有重要工程意义.     

C-Mn钢裂尖区解理断裂行为的研究

对C-Mn钢三点弯曲裂纹试样进行了实验和有限元计算,分析了裂尖断裂行为.研究结果表明在达到某一临界载荷前,裂尖只发生简单的钝化,并且在裂尖前端满足解理断裂三个判据的不同区域是相互分离的.因此形核的裂纹因不能扩展而不能引发解理断裂.随外载荷增加,高于这个临界载荷时,小裂纹在裂尖处形核、扩展,随后被钝化.此时裂尖前端的塑性应变被保留下来,但是三向应力度被释放掉,随后又重新建立,从而使得三个区域相互靠近.在第二个临界载荷下,三个判据都满足的区域相互重叠,解理裂纹形核并扩展.可以在裂纹形核区域和裂纹扩展区域刚要重叠的那一瞬时,决定解理断裂的最小距离.结合解理断裂的三个判据,裂尖断裂行为及由其产生的断裂驱动力参数(εp,σm/σe和σyy)的相应变化为钢的解理断裂在细观上提供了一个完整的物理模型.     

SCM435钢热变形动态再结晶动力学模型参数的确定

通过分析冷镦钢SCM435在温度为950～1150℃、应变速率为0.1～1s-1范围内发生动态再结晶的热/力模拟试验数据,利用其应变硬化速率θ与流变应力σ的θ-σ曲线,准确确定了其发生动态再结晶的临界应变εc、峰值应变εp、临界应力σc和峰值应力σp,用应力-应变(σ-ε)曲线方法计算SCM435钢的动态再结晶Avrami动力学曲线和时间指数n.结果表明:SCM435钢发生动态再结晶的临界应变与峰值应变的平均比值εc/εp=0.73,动态再结晶Avrami时间指数平均值n=1,91;在温度950～1150℃,应变速率0.1～1 s-1范围内,应变速率是SCM435钢的动态再结晶动力学敏感因素,温度对其影响不大;动态再结晶率50%的时间t50与应变速率成反比.     

不同水位作用下闸门地震响应分析

地震是闸门失稳的主要原因,随着水利工程的迅猛发展,闸门的抗震设计已经成为水利工程研究的重要课题。本文应用通用有限元软件ADINA对在不同水位下平板闸门进行了地震响应进行了数值模拟分析,并利用MATLAB编程计算出了在不同水位下闸门所对应的σ(应力)~ε(应变)响应面。结果表明:随着水位的平板闸门整体的σ(应力)~ε(应变)振型提前,振幅增加,荷载越大闸门在地震荷载作用下越容易破坏。     

断裂力学法研究多轴疲劳裂纹扩展的速度

若对裂尖附近的单轴应力场应用叠加原理,则可合成多轴裂尖应力场分布;由裂尖处材料微元体在合应力下的破坏应当服从第四强度理论,则导出多轴作用下的等效应力强度因子;借用Paris公式的形式,则导出了一个多轴疲劳裂纹扩展速度的等效公式;这个公式应当具有工程上的意义。     

Mooney-Rivlin材料Ⅰ型裂尖场的有限元分析

运用大型通用有限元软件ANSYS分析了平面应变情况下某橡胶材料Ⅰ型裂纹尖端的变形和主应力分布。数值结果表明：在裂尖附近不仅存在应力奇异性,而且变形存在扩张区与收缩区;较大的主应力σ1是拉应力,比另一个主应力σ2高约两个数量级,所以σ1对裂尖附近的变形起主导作用,其方向和裂纹方向接近垂直;在(R, )坐标系中观察应力奇异性,则扩张区与收缩区内σ1具有相同的奇异性。     

不同含水量对煤吸附甲烷的影响

运用Langmuir单分子层吸附理论,分析了煤对甲烷吸附能力受其含水量的影响利用WY - 98B型瓦斯常数测定仪,分别对2种煤样在不同含水量时吸附甲烷气体的等温吸附曲线、Langmuir压力、吸附常数a,b进行了定性与定量分析,得出了煤对甲烷吸附量随压力的变化关系式及Langmuir吸附常数a,b随煤样内水含量变化的关系式研究结果表明:含水煤样依然满足Langmuir单分子层吸附理论,吸附常数a,b与煤样中含水量的变化之间存在着一定相关性     

老年性痴呆病发病机理的研究近况

为适应当今老龄化社会对老年性痴呆病的防治需要，从载脂蛋白E(ApoE)、tau蛋白、β-淀粉样肽及其前体蛋白、遗传因素、代谢因素几个方面对老年性痴呆(Alzheimer’s Disease，AD)的病因、病机作了描述．使人们在微观和宏观领域对AD有更清晰完全的认识。     

利用Mathematica探讨环面上测地线的数值解法

本文主要讨论空间环面上的测地线问题,提出了环面的定义以及定理,并运用这些定义以及定理研究环面上的测地线,并且进一步讨论空间环面上的测地线的数值解法。     

种群密度对鱼类影响的研究概述

密度是水生种群生态学研究的重要内容之一，就密度对鱼类的摄食、生长、行为及物质能量代谢等方面的影响进行了概述，并就种群密度对鱼类的影响机理从神经内分泌学、血液学、免疫学等方面进行了探讨。     

不同前处理措施对真空油炸杏鲍菇脆片品质的影响

杏鲍菇为大宗食用菌,为提高杏鲍菇利用率,开发杏鲍菇休闲食品,研究前处理工艺对真空油炸杏鲍菇品质的影响。采用控制变量法,主要考察了切片方式、切片厚度和漂烫处理对杏鲍菇脆片品质的影响。结果表明,切片方式影响显著,脆片的脆度和含油量都与切片厚度呈现正相关关系,其中2mm为较佳厚度,与L值呈现负相关关系;漂烫可灭杏鲍菇脆片中多酚氧化酶和过氧化物酶的活性,从而抑制褐变,较佳漂烫处理方式为95℃、90s。     

棉纤维膜固定化脂肪酶的研究

对棉纤维作载体、对 - ( β-硫酸酯乙砜基 )苯胺 ( SESA)作活化剂固定化脂肪酶的工艺条件进行了研究 ,发现在醚化 p H值为 9.0～ 1 0 .0 ,交联 p H值为 7.0 ,酶的质量浓度为 6 mg· m L- 1,交联时间为 1 2 h,在室温条件下 ,得到最高固定化酶活力为 33U·g- 1。对上述条件下制备的固定化酶的稳定性进行了考察 ,用该固定化酶间歇水解橄榄油 ,重复使用 6次后相对水解率由 1 0 0 %降至 44%。该固定化脂肪酶最适使用的温度为 30～ 35℃ ,p H值为 9.0     

倒伏量对翻驳领结构影响分析

主要研究了直线状、圆弧状和部分圆弧部分直线状3种类型翻折线与翻驳领结构的相关关系,针对翻驳领结构设计中的主要难点——倒伏量进行研究,并分析翻折线变化对其产生的重要影响。通过变换驳点高度及搭门宽度来控制翻折线倾斜度,各领型分别做出ll组试样,进而研究翻折线与倒伏量的关系,最后对理论研究的数据进行成衣验证。     

预处理对复合材料性能的影响研究

通过不同的处理方法改善增强纤维与基体树脂间的界面性能,探讨了预处理对复合材料性能的影响.结果表明:经过A-151处理和碱处理后,复合材料的拉伸性能分别提高到92.6Mpa和78.0Mpa,在45℃、5%Na0H 溶液中加热0.5h后,复合材料的冲击性能最大.     

列车上应用生态厕所的初步研究

提出了在列车上应用生态厕所的学术思想并进行了初步设计,分析表明该设计方案切实可行,既可以解决线性环境污染,又能将粪便污物转化为大量的优质有机肥.     

WWW上数据库出版方法的研究

数据库的内容在环球网（ＷｏｒｌｄＷｉｄｅＷｅｂ，简称ＷＷＷ）上出版，是目前网络信息建设中十分有意义和迫切的任务．笔者分析了在ＷＷＷ上出版数据库的几种方法，重声、讨论了使用ＣＧＩ程序实现ＷＷＷ上出版数据库的方法．