松质骨粘弹性的数值分析

引入基于连续介质力学框架基础之上的现代两相多孔介质模型来描述松质骨的力学行为,对松质骨在给定恒应力和变形下的蠕变和应力松驰等与时间相关的是性行为进行了研究,彩和Laplace变换技术,得到了松质骨蠕变和应力松驰的解析结果,研究表明,由于松质骨中流体组分的扩散和流动,松质骨呈现着一种强烈的表观粘弹性行为以能量耗散性质。     

非均匀饱和土层的波动响应分析

采用基于混合物理论的多孔介质模型,建立饱和土介质一维动态响应问题的控制方程,在基本方程中考虑土体的非均匀性以及变形过程中的固体颗粒相和孔隙流体相体积分数的变化.选取固体骨架位移、孔隙流体位移以及孔隙流体压力作为状态变量,利用Laplace积分变换建立问题的状态方程.作为数值算例,考虑饱和土层的物理力学性质沿深度方向按指数函数连续变化,利用打靶法和数值Laplace逆变换获得在阶跃荷载作用下的位移和应力场物理量的瞬态响应,重点分析讨论材料非均匀性对饱和土介质动力特性的影响.结果表明,非均匀性对饱和土的瞬态响应有显著的影响;在小变形假设下组分相的体积分数变化很小.     

两相多孔介质拟静态问题的一种有限元解法

对于流体饱和两相多孔介质的拟静态问题。在忽略流体粘性的情况下,从场方程中消去流体相速度变量,得到以固体相位移和孔隙压力为基本变量的控制场方程,并给出相应力值和切值问题的提法。进而采用加权残值有了元法导出基于ｕ＾ｓ－ｐ变量的混合有限元公式,最后了系统方程的解法。     

含孔隙、裂隙岩石的高频体积模量

前人大量的实验观测证实了体波在流体饱和多孔岩石中传播时存在速度随频率变化的现象.体积模量是决定纵波波速的重要参数之一,研究多孔岩石的高频体积模量对解释超声实验测得的纵波波速具有重要意义.考虑岩石中软孔隙(比如裂隙)的影响,Mavko和Jizba提出了一种修正的Gassmann公式,计算液体饱和多孔岩石的高频体积模量.但Mavko和Jizba提出的计算公式不是通过严格推导得出的,有些过程带有一定猜测性.至今没有一个基于严格推导得到的高频体积模量表达式,人们对多孔岩石高频体积模量物理内涵的认识仍存在不足.本文基于双重孔隙介质理论推导含孔隙、裂隙的流体饱和岩石的高频体积模量表达式,它与Brown-Korringa公式具有相同的形式,只需要将原Brown-Korringa公式中的排水体积模量、固体基质体积模量和孔隙体积模量分别替换为高频时的有效排水体积模量、固体基质体积模量和孔隙体积模量.由于在高频时裂隙与孔隙间没有流体交换,含有流体的裂隙相当于是固体基质的一部分,因此高频有效固体基质的体积模量小于纯固体的体积模量;如果裂隙内流体压强不影响孔隙内流体含量变化,本文得到的高频有效排水体积模量的表达式与Gurevich基于Sayers-Kachanov方法得到的完全一致.数值计算表明:裂隙含量越高,利用Mavko-Jizba公式计算出的高频体积模量与本文公式的偏差越大;高频有效孔隙体积模量总是近似等于纯固体的体积模量,不像高频有效固体基质体积模量那样随裂隙含量的增加而显著降低.     

从三参数固体模型来理解高聚物的粘弹性

为了更好的理解高聚物的粘弹性.通过三参数固体模型的几何构型来推导其运动微分方程,利用其微分方程分析此模型的应力松弛过程、蠕变过程、以及反映弹性和粘性相结合的应力松弛时间和蠕变推迟时间.利用微分方程不同情况下的解,分析了应力松弛过程和蠕变过程.结果表明这种三参数固体模型能够很好的描述聚合物的力学性能.     

孔隙压力作用下多孔介质蠕变模型分析

为了能够更加准确的模拟实际的多孔介质的蠕变情况,在考虑孔隙压力动态变化对多孔介质的流变变形具有相互影响的情况下将孔隙压力与变形之间存在的密切的相互作用关系引入到流变方程当中。由于传统的Terzaghi有效应力忽略了孔隙压力的变化与应变的相互影响,它无法较准确的描述多孔介质的应变行为,而采用孔隙压力与变形的动态关系描述可以更加模拟接近多孔介质的实际应变行为。并通过数值方法对所构造的包含动态孔隙压力的蠕变方程与传统的蠕变方程的结果进行对比,以突出动态孔隙压力方程的优越性。该成果使模拟实际的多孔介质的蠕变情况更为精确。     

蠕变作用下多孔介质渗流的固流耦合数学模型

针对岩体是一种可变形的多孔介质,岩体在荷载作用下发生蠕变的问题,岩体孔隙度、渗透率等物性参数随之变化;同时,孔隙和渗透特性的变化又引起压力场、速度场的改变,带动蠕变特性的变化。在研究渗流的过程中,考虑岩体蠕变的影响,基于岩体流变力学和渗流力学理论,应用对应性原理,建立了含有蠕变参数的动态应力平衡方程,推导了蠕变作用下多孔介质渗流的固流耦合数学模型。     

挛缩膝关节髌韧带应力松弛及蠕变特性的实验研究

探讨兔挛缩膝关节髌韧带的应力松弛和蠕变特性。通过将兔膝关节伸直位制动６周,复制伸直型挛缩膝关节动物模型,然后分别在３７℃、４２℃的条件下,对正常组和制动组髌韧带行应力松弛和蠕变试验。正常组和制动组髌韧带均表现出较明显的应力松弛和蠕变现象;无论是正常组还是制动组,３７℃与４２℃之间髌韧带的最大应力松弛率和最大蠕变率均无显著性差异（Ｐ＞０．０５）,制动组４２℃髌韧带的最大蠕变率较正常组４２℃有显著性增加（Ｐ＜０．０１）。１．髌韧带的这种应力松弛和蠕变特性从机制上解释了牵引、夹板等疗法在挛缩关节康复治疗中的有效性;２．３７℃和４２℃的温差对髌韧带的最大应力松弛率和最大蠕变率均无显著影响     

热对流边界条件下含球形空洞流体饱和多孔介质的应力分析

基于热局部非平衡条件下饱和多孔介质热 弹性理论,研究含球形空洞流体饱和多孔介质在热对流边界和完全接触型（固定）边界条件下的温度、孔隙压力以及固相热应力.应用Laplace变换法获得了它们在Laplace变换域中的表达式,数值分析和考察了在球形空洞边界附近处的温度、孔隙压力以及固相热应力的热局部非平衡影响效应.数值结果表明,对于热对流边界条件情况,热局部非平衡影响效应是非常明显的,特别在Biot数为中等值时,热局部非平衡条件下孔隙压力以及径向应力和切向正应力绝对值的峰值都显著高于热局部平衡条件下所对应的值.     

多孔泡沫金属内气泡动力学行为的格子波尔兹曼方法模拟

为了研究多孔泡沫金属骨架对气泡上升运动的影响,基于多孔泡沫金属的骨架结构,建立了多孔泡沫金属内气泡动力学行为的物理模型,并利用格子Boltzmann方法(LBM)模拟孔隙尺度下气-液两相流动.考虑多孔泡沫金属内流体间以及流固间的相互作用力,采用多组分单松弛的Shan-Chen模型,模拟气泡在泡沫金属孔隙结构内的运动形态.对含有泡沫金属以及不含泡沫金属的计算区域内气液两相流的密度场进行了比较.实验结果表明:泡沫金属骨架的存在改变了两相流流场,同时使气泡上升过程中边界受到挤压,从而改变气泡的上升速度;随着重力场的增大,流体区域内有序排列的泡沫金属结构可以加快气泡上升速度.     

碎裂板岩不同含水状态下蠕变特性试验

为了认识不同含水状态下碎裂板岩的蠕变特性,利用Instron全数控电液伺服力学试验机对贵州黔东南地区隧道洞口的碎裂板岩进行单轴压缩蠕变试验,研究其自然风干、不完全饱和和饱和试样的蠕变特性。实验研究结果表明：（1）碎裂板岩蠕变过程主要包括衰减蠕变和稳态蠕变过程,超过一定应力后,在极短的时间内破坏,因此可由广义开尔文模型描述其蠕变过程;（2）自然风干试样蠕变破坏应力为66.2 MPa,为自然风干试样瞬时单轴抗压强度的71.7%,不完全饱和试样蠕变破坏应力为56.1 MPa,饱和试样蠕变破坏应力为38.2 MPa;（3）不完全饱和试样的最大蠕变应变为自然风干试样的2.7倍,而饱和试样的最大蠕变应变值是自然风干试样的4.3倍。     

凝析油气体系流固耦合相平衡计算新方法

在分析了孔隙介质内表面吸附、毛细凝聚、毛细管压力等界面物理化学效应和应力变形对孔隙介质中流体相态影响的现象学特征和影响机制的基础上,通过在大尺度空间常规流体相平衡热力学模型中引入界面物理化学效应的影响,同时通过高才尼卡尔曼方程将毛细管半径与孔隙介质储渗特性的应力敏感性研究成果相关联,建立了同时考虑储层应力变形和界面物理化学效应影响的微孔隙尺度条件下的低渗特低渗凝析气藏多相流体流固耦合露点压力、pT相图及定容衰竭相平衡热力学计算模型。该模型的初步应用表明,其相态模拟计算结果能更为合理地解释孔隙介质环境中的凝析油气体系相态特征实验研究结果。     

多孔铜合金高温压缩蠕变行为的数值模拟

采用RDL05电子蠕变疲劳试验机,在不同温度（550,600,650,700℃）以及不同应变速率（10-4,10-3,10-2／s）条件下对多孔铜合金进行高温压缩实验,获得多孔铜合金真应力一应变曲线,计算并得到相应温度下的蠕变本构方程．采用ANSYS软件对多孔铜合金进行高温压缩蠕变模拟,研究了孔径、载荷、孔形等因素对多孔铜合金蠕变性能影响．研究结果表明,孔径越大,温度、载荷越高,多孔铜合金蠕变变形越大,蠕变速率更快,蠕变性能越不稳定;在蠕变过程中,内棱孔壁处容易引起应力集中;孔隙形貌对多孔铜合金结构影响很大,随着孔形边数的增加,多孔铜合金结构越不稳定;在相同载荷下,三角形孔压缩量最小,圆形孔压缩量最大．     

三相饱和土爆炸液化机理模型研究

三相饱和土是由固体土颗粒、水和少量封闭气体组成的混合物介质。在爆炸压缩波荷载作用下,三相饱和土极有可能液化,这主要与孔隙流体与土骨架动力响应之间的差异有关,从微观力学角度着手,通过选取适当的坐标系,明确各相间相对运动和变形的物理意义,建立起研究三维条件下三相饱各土爆炸液化的机理模型。     

冻结黏土分数阶损伤蠕变模型参数确定及验证

为表达介于理想固体和理想流体之间的人工冻土蠕变特性,常用弹簧元件、黏壶元件与滑块元件间的复杂组合来实现。基于分数阶导数理论则可用较简单的模型来表达人工冻土蠕变性质。分析山西某矿井井筒检查孔黏土不同冻结温度下的单轴抗压、蠕变试验曲线,得到温度对冻结黏土单轴抗压应力应变及蠕变特性的影响规律。在Singh-Mitchell模型的基础上,引入分数阶导数理论,建立受冻结温度、加载等级影响的分数阶冻土蠕变模型。通过分析蠕变与时间取对数的拟合曲线发现两者具有线性关系,进而得出与温度有关的模型参数。鉴于建立的分数阶冻土蠕变模型不能反映冻土蠕变加速阶段,将损伤因子引入建立的分数阶蠕变模型,建立人工冻土分数阶损伤蠕变模型。对比分析分数阶蠕变模型计算值与试验值,表明该模型能够很好地反映人工冻结黏土在稳定蠕变阶段、加速蠕变阶段变形发展特点。建立的S-M分数阶蠕变模型参数少、易于确定且有一定的物理意义,便于工程应用。     

低渗透岩石声学特征及在含气性预测中的应用

针对低渗透储层含气性定性识别、定量预测困难等问题,开展了模拟地层条件下的声学岩石物理实验,定量 研究了围压、孔隙压力、有效应力和孔隙流体等对纵、横波速度的影响。系统分析了纵横波速度、弹性参数等与含气饱 和度的关系,并基于Krief 弹性参数预测方法对实验结果进行了验证分析。实验和数值模拟结果表明,岩石的声学性 质受孔隙度、压力、孔隙流体性质等因素的综合影响,纵横波速度比波阻抗交会和纵横波平方交会截距对孔隙流体 性质较为敏感,可用于含气储层的识别与评价,对利用声波测井资料进行储层流体性质识别具有重要指导意义。     

板裂介质围岩的流变屈曲研究

针对板裂和似板裂介质结构围岩体的流变特性，建立了粘弹性围岩岩层的屈曲模型。给出了可描述巷道围岩蠕变特征的岩板松弛模数，及在一定载荷作用下粘弹性岩板的屈曲和后屈曲，临界载荷特性曲线。分析计算表明，当岩板的压应力水平增大到亚临界屈曲状态时，由于材料的非稳定蠕变特征将引起岩层的分岔失稳，围岩发生后屈曲破坏。后屈曲模态幅值可作为岩层破坏的位移判据及时间判据。     

砂土速率相关黏性特性的有限元分析

根据复杂加载条件下饱和砂土排水平面应变压缩试验,分析了砂土的速率相关的黏性特性.试验发现砂土存在显著的加载速率效应、蠕变变形和应力松弛,并且在应变速率突变、蠕变或应力松弛之后,以新的应变速率重新加载时呈现出高刚度行为.针对砂土的变形强度特性提出了一种非线性有限元计算方法,砂土本构关系采用了三要素弹黏塑性本构模型.将有限元计算结果与试验结果进行比较,表明建议的有限元计算方法不仅可以较为精确地模拟砂土的平均应力-应变关系,同时也可以模拟包含变应变速率加载、蠕变加载、应力松弛加载的全过程黏塑特性.     

可蠕变砂岩地层井壁稳定性研究

砂岩地层钻井可能出现缩径,严重威胁钻井安全,有必要研究砂岩蠕变性质,为钻井提供安全保障。使用MTS刚性实验机测定偏应力15MPa~35MPa下的黄流组砂岩岩心轴向应变,得出砂岩岩心存在临界蠕变应力。研究了砂岩不同蠕变阶段的蠕变机理,通过测定砂岩横波波速及长期强度确定了其稳态蠕变与加速蠕变临界应力。使用西原模型拟合了砂岩蠕变应变,计算了使用不同密度钻井液时黄流组砂岩地层安全钻井周期。研究结果可用于指导蠕变性砂岩地层安全钻井及钻井液密度设计。