分形几何在材料科学中的若干应用

本文简要介绍了近年来出现的一门应用数学分支——分形几何，并就国内外到目前为止有关分形在材料科学，特别是在材料断裂研究中的应用作了评述。     

分形在岩土材料断裂研究中的应用

综述了分形理论在岩土材料断裂力学,损伤断裂力学和断裂表面粗糙度描述中的应用及其最新进展。     

分形几何在材料科学中的若干应用

本简要介绍了近年来出现的一门应用数学分支－分形几何并就国内外到目前为止有关分形在材料科学，特别是在材料断裂研究中的应用作了评述。     

分形几何学在混凝土断裂性能研究中的应用

阐述了分形几何学在准脆性材料断裂方面应用的现状,给出了常用的分析方法,分析了混凝土断裂韧性以及断裂能与分形维数之间的定量关系。     

岩石断面分形插值稳定性的实验研究

岩石断裂表面是粗糙的 ,而断裂表面的粗糙度 ,对研究裂纹的萌发、扩展以及最后导致岩石断裂破坏过程中的本质规律起着十分重要的作用 因此 ,根据断裂表面上有限的数据点生成或拟合具有一定精度和适当粗糙度的曲线或曲面是研究断裂表面的一个重要课题 应用分形插值的方法能够得到预先给定的粗糙度 (分形维数 )的曲线 对线性分形插值在拟合岩石断面过程中的稳定性问题进行了讨论 ,所得到的结论说明当数据点 (插值结点 )存在微小误差时 ,得到的分形插值曲线也均只有相应的微小误差 从而得到了应用分形插值方法生成和预测断裂表面的可靠性保证     

分形理论在岩石材料损伤中的应用研究

分形理论从确立至今已有20多年,将分形理论应用于解决岩土工程问题已逐渐完善。本文介绍了相关分形几何的理论,阐述了应用于岩石材料中的分形损伤和分形断裂理论,以及分形理论(力学)在相关岩土工程中的应用。     

一种新的断裂表面分形测量方法

为了克服粗糙表面分形测量的困难,提出一种新的测量方法－投影覆盖法,结合激光表面测量技术,直接测定断裂表面的分形维数Ｄｓ∈［２,３）。用分形理论证明,应用该方法进行分形测量的精确性。     

金属断裂表面分形特性初探

论述了近10余年来金属断裂表面分形维数的测量方法，以及分形维数与力学性能之间关系的研究成果和研究进展，综合分析了金属断面分维与金属的拉伸性能、冲击韧度、断裂韧度、材料损伤之间关系。讨论了金属断裂与分维的一些具体的内在矛盾和进一步改进的措施。     

分形裂纹的断裂参数

基于分形几何学,推导了含Ⅰ型分形单裂纹的无限大平板在单向受拉时的临界开裂应力、断裂韧性、裂纹扩展力和断裂能的理论公式.以标准Koch分形曲线构造裂纹的边界,并由分形区域周长与面积的关系推导出平板的弹性应变能.利用Griffith断裂准则得到材料开裂的临界应力,并在此基础上给出了断裂韧性、裂纹扩展力以及断裂能的表达式,从而将G判据推广到分形裂纹情形,并对其进行数值计算以分析各参数的影响.结果表明:材料的断裂韧性与裂纹长度呈反向关系;裂纹的量测尺度将影响断裂韧性与分形维数的关系;裂纹越粗糙、长度越长,材料的断裂能越大.文中还证明了裂纹扩展的非光滑性.     

岩石爆破断裂中的分形行为

本文通过分析岩石爆破断裂中裂纹产生和扩展在几何上存在的非规则性,应用分形几何来描述这种非规则性,构造了岩石破碎过程中的分形图,讨论了岩石爆破断裂中裂纹扩展所表现出的分形几何特征,初步建立了裂纹分叉的分形模型,并用此解释了一些爆破断裂现象。     

裂缝型碳酸盐岩储层酸压数值模拟

酸压是碳酸盐岩储层重要的大型增产改造措施,酸压中,准确预测酸液作用距离对酸压设计至关重要,其决定酸压改造范围、影响酸压目标缝长设定及酸压效果预测。裂缝型碳酸盐岩储层非均质性极强,基质较致密,天然裂缝所在区域渗透率很高,酸液滤失严重。目前各种酸压模型假设裂缝面上渗透率均匀分布,也不能考虑天然裂缝对滤失的影响,这些模型预测的酸液作用距离较长,酸压设计缺乏可靠的模拟模型。针对该问题,本文进行了裂缝型碳酸盐岩储层酸压数值模拟研究,首先基于地质统计规律建立人工裂缝面上渗透率分布模型、天然裂缝分布模型,并基于地质统计参数生成裂缝面上渗透率及天然裂缝分布;然后建立酸液流动、酸液滤失、酸岩反应数学、粗糙酸蚀裂缝表面形成过程模拟模型;再将以上模型耦合求解,形成酸压模拟模型。基于该模型,进行了广泛的数值模拟研究,分析了天然裂缝参数对酸液作用距离、酸蚀裂缝表面的影响。研究发现,天然裂缝对活酸作用距离和酸蚀裂缝表面影响显著,考虑天然裂缝时,其作用距离显著低于常规模型预测的距离,酸蚀裂缝表面更粗糙;裂缝型储层酸压设计中,天然裂缝是不可忽略的因素,新模型预测的酸液作用更合理。该研究为裂缝型碳酸盐岩储层酸压设计提供了更可靠模拟工具。     

形变氮化20钢拉伸断口和冲击断口的分形研究

本文利用垂直截面法测量了20钢经不同形变和氮化复合处理后拉伸和冲击断裂表面的分形维数．结果表明，材料的拉伸性能（σb、σs、δ）、冲击性能（Ak）和断口表面的分形维数DF均随形变量的增加而增加．冲击断口的分形维数DF与冲击功的对数1nAk之间呈正变化的线性关系．     

裂缝性地层漏失模型研究与应用

裂缝性漏失及其引起的复杂情况严重制约着裂缝性油气藏的勘探开发。目前,裂缝性漏失的研究主要集中于堵漏机理、堵漏材料、现场经验性的处理方法,而裂缝性地层漏失模型研究较少。对钻井完井液漏失量的定量分析已经被普遍认为是一种描述裂缝的可靠方法,通过研究分析钻井液流动机理及物理现象,建立了漏失速率与时间关系的数学模型,并对漏失过程进行定性描述,更加清晰地认识井漏,有助于定量描述井漏过程,进而通过利用数据记录而得的漏失曲线来识别漏失类型,为优化漏失控制技术提供理论依据。本文建立了两种漏失模型,即单缝漏失模型、层次型漏失模型,对裂缝漏失敏感因素进行了分析,其影响程度依次为裂缝开度、裂缝深度、钻井流体粘度、裂缝宽度、操作压差、钻井液密度、钻井流体排量,地层倾角影响较小。模型在沙特B区进行了应用,筛选出了漏失速度的主要因素,为堵漏材料优选、堵漏配方开发和堵漏方案制定提供了理论依据。     

激光在无机材料表面处理中的应用

用激光对无机材料表面进行热处理是一个新的研究领域,用这种方法可在无机材料表面进行色彩、图案、涂复等装饰处理。本文综述性地介绍了国外学者在这方面的研究工作。     

表面研究的图象纹理解析法

本文介绍了表面研究的新方法。它用计算机图象识别技术,对各种表面的显微图象进行图象纹理解析,所得到的纹理特征值与表面的组成、结构有关,给表面研究提供了新的表征方法。是表面分析的新途径。     

井下导高观测时的含水层导高判据

 为了准确实测出工作面开采后覆岩导水裂缝带发育高度,提出了含水层判断导高的新判据。新判据分析认为,利用井下导高观测仪观测导水裂缝带高度时,观测钻孔施工过程中若穿透覆岩上方含水层,使承压水从钻孔内泻出,则说明导水裂缝带未发育至含水层层位高度。因此,实际工程应用中,在对导高进行合理预计的基础上,根据含水层是否被破坏分析含水层与导水裂缝带的层位关系可以作为确定导高的新判据。结合多个矿井工作面导高观测实例,验证了新判据判断覆岩导高值更为准确合理,具有更高的安全性。     

生物功能化多层膜及其在组织工程中的应用

生物功能化多层膜在组织工程中具有重要应用.针对特定的需求,采取层层组装等方法,对材料表面进行修饰和功能化,构筑具有特殊生物功能的多层膜,用于改善材料的生物相容性并调节其生物功能,是当前该领域研究的一个热点,也是组织工程研究发展领域的一个挑战.层层组装技术是构筑生物功能化多层膜,实现其特定生物特性的一种重要技术方法,在生物功能化多层膜组装技术中占有重要地位.本文重点评述了生物功能化多层膜的种类及其层层组装的构筑方法,同时重点介绍了层层组装生物功能化多层膜在组织工程血管和组织工程骨两个领域的重要应用,并展望了其今后的发展方向.     

裂缝性储层属性分析与随机模拟

与常规储层相比,裂缝的存在致使裂缝性储层非均质性增强,如何全面、准确地定量描述裂缝网络成为细致刻画这类储集层的关键。合理整合相关裂缝信息数据,运用最优概率分布函数对裂缝属性特征进行统计和空间分析,结合区域地质背景和研究目的,选择最佳理论模型是裂缝性储层建模的基本思想。依据这一原则对裂缝性储层随机模拟的方法进行了综合分析,认为：（1） 非线性分析方法能够最大限度减小不同数据源、不同尺度数据整合所产生的误差,综合分析的裂缝数据较为理想;（2） 运用圆周统计、人工智能分析裂缝属性能够获得较为合理的结论;（3） 复合模型既能表现裂缝离散性特征,又能体现裂缝聚类的连续性效果,能较好地表征裂缝性储层特点。但裂缝发育的复杂性决定了裂缝储层建模还需综合不同学科、运用多种方法和手段进行深入的探讨和研究。     

水化学腐蚀下岩石损伤力学效应研究

水化学腐蚀条件下岩石损伤力学效应是引起裂隙岩体力学性质变化的主要原因,因此,对裂隙岩体微观结构的水化学损伤效应及其定量化的研究具有重要意义.阐述了裂隙岩体的水化学腐蚀及裂隙岩体损伤力学的国内外研究现状,定性地研究了岩石水化学损伤的化学成分分析理论及能量分析理论,对水化学溶液的腐蚀影响机理进行了分析,并研究了不同化学溶液对岩石变形及强度腐蚀效应的影响.     

用微观方法研究西峰油田长8油层特低渗透砂岩油藏的岩石应力敏感性

基于铸体薄片、岩心物性测试及压汞分析认为,西峰油田长8油层属于特低渗透砂岩油藏。通过试验研究孔隙型岩样和裂缝型岩样的应力敏感性,利用特殊设计的裂缝可视化测试系统、毛管流动孔隙结构仪等微观分析测试手段评价裂缝闭合规律及定量表征裂缝宽度变化;基于扫描电镜、X衍射分析等研究方法探讨孔隙和裂缝应力敏感性的损害机制。研究表明:研究区孔隙型岩样应力敏感性较弱,裂缝型岩样应力敏感性强;孔隙衬里绿泥石、局部分布的石英加大、自形程度高的石英雏晶是孔隙型岩石应力敏感损害率低、渗透率恢复率高的主要原因;裂缝表面的微凸起发生弹塑性形变是裂缝应力敏感性损害极强的主要原因。建立的孔隙和裂缝的应力敏感性损害模式可以为高效开发该类油藏提供依据。