岩石的孔隙弹性研究

论述了在干燥和饱和两种情况下,玫瑰 有效体积模量于孔隙弹性模量的关系。孔隙弹性模量描述了孔隙对岩石等多孔材料的弹笥性质的影响,利用其可导出在地震勘探和石油测井界应用很广的Ｇａｓｓａｍａｎｎ,该方程建立在线性弹性假设之上并仅限于低频范围。还阐述了有效压力的概念和计算方法。提出孔隙流体变化时岩石有效模量的计算,及利用孔隙弹性模量辨别储层中不同汉体类型的计算方法。     

含双理想流体夹杂的双重孔隙介质中弹性波的散射

运用Helmholtz分解的方法,对双重孔隙介质波动方程中的固体骨架、基质孔隙和裂缝孔隙的位移耦合作用项进行解耦.进而利用波函数展开法、球坐标转换和叠加原理,将双夹杂散射问题的解析解在同一个坐标系下进行表达.通过实例计算及分析,得到不同参数下波幅随频率的变化规律.计算结果表明:不同夹杂间距和夹杂半径对P1~P3波和S波波幅有着明显的影响,其中P1~P3波和S波的一阶振幅随着夹杂间距的增大而减小,且随着频率的增大该影响更为显著;P1~P3波和S波的一阶振幅随着夹杂半径的增大而增大,夹杂半径对P1波和P3波的影响较为显著,而对P2波、S波的影响相对较弱.     

复合材料三维等效弹性常数的计算

根据层合面上应力和位移的连续性,本文首先讨论了迭层板等效弹性常数的计算。在此基础上,给出了复合材料各组分为正交各向异性材料时,其三维等效弹性常数的计算公式。当复合材料为横观各向同性体时,本文结果与已有计算结果及实验结果相吻合。当复合材料各组分为一般各向异性体时,本文方法亦可用于建立其等效弹性常数的计算公式。     

岩石的五个弹性常数的测定方法

为了模拟和预测定向井的井眼轨迹,需要确定岩石的弹性常数。本文把岩石视为横观各向同性材料,给出了岩石的本构方程,根据电阻应变片的基本原理,研究了岩石五个弹性常数的实验测定方法,并给出了几种岩石的五个弹性常数的测量结果。     

含圆形弹性夹杂的反平面问题

运用复变函数技术,求出了无限弹性平面含不同弹性材料的圆形夹杂,在反平面剪切和反平面集中力作用下,应力和位移场的封闭形式解,并由此得出相应的界面应力公式。     

基于等效夹杂法的含多圆形夹杂的无限平面热应力分析

为研究含多个圆形夹杂的无限大平面在均匀温度变化时的热弹性场分布,本文基于等效夹杂法且首次将Eshelby内部张量和Eshelby外部张量相结合推导了含多个圆形夹杂的无限大平面下均匀温度变化时的应力应变场计算公式,并通过FORTRAN编程实现该算法.由多圆夹杂的无限平面热应力分析可知:方形排布的夹杂可以明显降低界面热应力差值,当夹杂与基体的剪切模量比大于10时应力差值开始收敛.与有限元法相比,本文方法结果准确且计算效率更高.     

岩石孔隙结构表征与流体输运可视化研究进展

孔隙结构特征的室内测试技术主要分为间接测试和直接测试两大类。前者主要以获取孔径分布等特征统计参数为主的流体注入法及孔隙流体饱和度的反分析法。后者主要为以获取孔隙结构图像为目的的光学辐射法。微观渗流物理实验可以实现孔隙空间中流体流动形态的可视化监测与分析,获取宏观条件下难以观测的实验现象,有助于孔隙尺度下渗流及驱替过程中复杂流动行为的微观力学机制分析。基于岩芯微观孔隙结构图像的模型重建是一种实现孔隙结构精细化表征与流体输运特性可视化研究的数值分析手段。基于不同的表征思想,多孔介质内流体输运控制方程可分为分子动力学模拟、格子玻尔兹曼模拟和计算流体动力学模拟。主要通过泊肃叶定律和准静态模型实现孔隙尺度流体流动和驱替过程的模拟。     

含孔隙冻融岩石的损伤本构模型

针对现有损伤本构模型所存在的局限与不足,在深入研究孔隙岩石变形破坏特征的前提下,将岩石视为孔隙、损伤与未损伤3部分。以孔隙率反映岩石体积变化,基于weibull随机分布,依据损伤力学原理,确立含孔隙冻融岩石的损伤本构模型,并以理论表达的形式确定模型参数,最后利用冻融岩石的力学特性试验结果验证其合理性。结果表明:推导的本构模型与试验结果吻合较好,且岩石初始阶段时孔隙压密以及应变软化特性都能更好地反映出来;通过峰值条件获得的模型参数表达式,可反映冻融岩石的损伤演化与变形破坏的一般规律,增强了模型的适用性。     

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.     

多孔板等效弹性常数的均匀化预测及实验研究

基于均匀化方法,对多孔板的宏观等效弹性常数进行预测,得到了面内的弹性模量、泊松比和剪切模量。然后通过拉伸实验的方法,对多孔板进行拉伸性能测试,得到了应力应变曲线,并将实验得到的弹性模量与均匀化方法计算得到的弹性模量进行比较。结果表明,均匀化方法计算得到的等效弹性模量与实验得到的结果相吻合,验证了均匀化方法预测多孔板弹性常数的可行性。     

含椭球夹杂体的异质结构全空间弹性场

异质结构半导体材料通常比均质半导体材料具有更优异的性能,但嵌入的夹杂体因晶格失配或热膨胀而产生的本征应变会对材料整体性能产生严重的影响。因此有必要对非均质夹杂体对异质结构的全空间弹性场的影响进行研究。根据Eshelby经典夹杂理论,综合考虑实际半导体材料的各向异性和非均质性,基于等效夹杂法和格林函数法建立了含椭球夹杂体的异质结构解析模型。为求解该模型,通过傅里叶变换和逆变换推导格林函数及其导数在实空间的精确数值积分,从而得到全空间弹性场的数值积分表达式,并与文献和有限元结果对比验证了模型的正确性并说明了材料各向异性假设的必要性。利用所建模型重点分析了非均质夹杂体的形状和材料参数对全空间应变场的影响。结果表明,非均质夹杂体的形状变化会使内部弹性场由平面应力状态转变为平面应变状态,且影响界面附近的应变大小和衰减程度。本征应变仅包含正应变分量时,最终弹性场不随具有正交或更高对称性晶体结构的夹杂体剪切弹性常数变化,而只和拉伸弹性常数有关,且整体变化趋势与夹杂体的拉压弹性常数变化趋势一致。     

基于等效夹杂法的多圆孔板平面弹性场研究

本文应用Eshelby等效夹杂法研究了含多圆孔的无限大平面受均匀荷载时的弹性场分布.首先采用了二维圆形夹杂的Eshelby内部张量和外部张量对无限平面内含多圆形夹杂时的弹性场分布进行推导;然后将圆形夹杂进一步简化成圆孔;最后采用FORTRAN编制相关计算程序,对典型算例进行计算分析,并与有限元计算结果进行了对比.计算结果表明本文方法结果准确、计算效率高,并具有特殊的优越性.     

主地应力场中层状岩石当量弹性常数的探讨

本文认为:在一定范围内,层状岩石与一种均匀的、各向同性的、连续的弹性体力学行为相当。层状岩石的这种当量介质的弹性常数可由层状岩石结构中各层岩石的弹性常数及其厚度表出。作为当量分析的一例应用,本文推导出了层状岩石结构的综合侧压系数。     

含流体相应力杂交单元等效弹性模量的分析

在页岩气开采的过程中,对含有大量微孔洞的页岩的真实模拟存在困难,因为往往涉及到带有流体孔洞问题,其中最主要的是拉格朗日网格与欧拉网格的过渡问题。针对这一问题,建立了一种带有流体的固体单元模型。在流固交界面引入面力平衡条件后,得到了它的修正余能泛函,并推导出一种新的带流体的应力杂交元。在与普通商业有限元软件MARC对比验证其有效性后,分别研究了在形状、体分比、空间分布位置、半径改变时模型等效弹性模量的变化。结果表明,不同形状对等效弹性模量影响不大;同体分比时,含流体孔半径增大,等效弹性模量也随之增大;体分比增大时,模型等效弹性模量逐渐下降;角度逐渐增大时,等效弹性模量逐渐减小,并且下降幅度逐渐减小。模型在流固交界面发生应力集中,且集中方向为孔的上下两侧。     

用超级单元法分析含空洞介质的等效弹性性质

在Kachanov对基体材料中含有任意个椭圆空洞的弹性势函数的基础上，给出了对应的等效弹性常数的简单表达式，建立了以单元边界内力为基本未知量的超级单元刚度矩阵方程，通过对铝合金薄板的数值计算，并和实验结果相比较，验证了理论分析与超级单元数值模型的有效性和可靠性。     

泡沫波纹复合夹心梁等效弹性常数的推导及其振动特性研究

基于材料力学中材料的连续性、小变形等基本假设,在符合变形协调方程的条件下,设结构由面板承受弯扭,泡沫芯体承受剪切,推导出了泡沫波纹复合夹心梁芯体的等效弹性常数,并且建立了有限元二维等效模型和三维实体模型;通过对泡沫波纹复合夹心梁的模态进行实验研究和数值计算,对比分析了实验数据和计算结果,从而验证了所推导的等效弹性常数的正确性。此外,进一步研究了泡沫波纹复合夹心梁的几何参数对其固有振动特性的影响,结果表明:随着面板厚度增加,结构的固有频率升高;随着波纹肋板厚度、泡沫芯体密度或胞元数的增加,结构的固有频率降低。     

弹性枪架的等效刚度

该文他弹性枪架的等效刚度，为机枪系统合理的动力匹配提供必要的力学参数。用结构力学传递矩阵法建立了三维空间中一般变截面弱性梁变形的力学方程。以机枪正前方向射击为研究对象，取枪身与托架的联接处作为分析枪架刚度的特征点，应用柔度法分析枪架的弹性变形，由枪架的支承边界条件得到柔度方程，根据刚度与柔度的互逆关系得到了以６个参数描述的三自由度非正交广义弹簧系统。