套筒式力臂补偿器对短棒料V型槽尖端起裂的影响

针对短棒料在低应力下料中加载力臂过短的难题,提出一种套筒式力臂补偿方法.采用扩展有限元法(XFEM)研究套筒式力臂补偿器参数对短棒料V型槽尖端起裂力、起裂位置、起裂角和起裂前最大Mises应力的影响,并提出短棒料下料断面的起裂质量评价方法.研究结果表明:当增长力臂L4≤20 mm时,V型槽尖端所需起裂力随L4增大而逐渐...     

V型槽几何参数对裂纹萌生的影响规律

针对研究新型低应力精密下料系统时,需要获得棒料表面所预制的V型槽几何参数对槽底应力集中水平影响规律的问题,利用MSC.Marc软件,建立了系统棒料下料时的有限元模型.采用正交法设计了实验方案,通过有限元法的数值模拟实验,确定了V型槽几何参数的合理取值条件,即槽外形夹角为90°,槽深与棒料直径的比为0 1,槽底圆角半径与槽深的比为0 08.同时,建立了可以衡量槽底应力集中程度的数学表达式.实验研究表明,槽深、槽底圆角半径对槽底应力集中水平的影响最大,而槽外形夹角对槽底应力集中水平的影响程度最小.     

偏心切口对棒料裂纹起裂和扩展的影响

为促进棒料裂纹的起裂和缩短裂纹的扩展时间,提出将偏心切口应用于低应力下料技术中。运用有限元分析和ZHENG-HIRT疲劳裂纹扩展速率公式,探讨偏心切口对棒料V型槽应力集中效应和疲劳裂纹扩展时间的影响。研究结果表明:在起裂阶段,偏心切口尖端一周各点的应力集中效应分布不均匀,在偏心切口最深处应力集中效应显著增强,为此处的局部起裂创造了更有利条件;在裂纹扩展阶段,名义切口偏心距e/b在0～0.12范围内,随着e/b增大,疲劳裂纹扩展时间显著下降,但e/b0.12后,疲劳裂纹扩展时间变化趋势趋于平缓,综合考虑下料时间和偏心切口加工,选取e/b=0.12为最佳值,下料时间随切口偏心距的变化趋势与理论上得到的疲劳裂纹扩展时间随切口偏心距的变化趋势一致。从断面质量而言,并不是e/b越大越好,但从总体看,有偏心切口时的断面质量比没有偏心切口的断面质量好。     

缝槽形态对水力压裂效果的影响

为研究资源开采中缝槽形态对水力压裂起裂及裂缝扩展规律的影响,解决因地质资源埋藏深、地下储层结构和应力水平复杂、水力压裂开采过程中所造成的钻孔压裂起裂压力大、起裂方位无序、压裂效果差异较大等问题,建立圆孔和椭圆缝槽的二维水力压裂钻孔模型,利用RFPA-Flow^2D数值模拟软件,理论分析并结合数值模拟,对圆孔和椭圆2个缝槽形态的起裂机理和裂缝的扩展规律进行研究。结果表明：压裂裂缝的扩展延伸方向与施加的应力组合中的最大主应力方向平行,且当施加的应力组合差值不断减小时,裂缝的起裂压力随之逐渐增大;最大主应力平行于椭圆缝槽长轴时相较垂直于椭圆长轴时,裂缝更容易起裂;当应力差减小至零时,对比椭圆缝槽,圆孔缝槽的裂纹扩展出现了随机分叉的现象;在应力组合相同的条件下,椭圆缝槽相比圆孔缝槽的起裂压力更小,椭圆缝槽更容易起裂。     

节理特性对花岗岩起裂应力和损伤应力影响规律颗粒流模拟

节理花岗岩起裂应力、损伤应力的研究对认识其渐进破坏过程和脆性破坏机制具有重要意义.利用细观颗粒流软件模拟了不同长度、倾角的单节理花岗岩单轴压缩试验,并通过监测微裂纹确定其起裂应力和损伤应力,研究了节理长度、倾角对起裂应力和损伤应力影响规律.结果表明:当节理方向与加载方向夹角α一定时,随节理长度L增加,起裂应力和损伤应力逐渐递减,其中α为30°~60°时,递减幅度最大;而当L一定时,随α增加,起裂应力、损伤应力先递减再递增,当α为90°时,起裂应力略有下降;当α为45°时,起裂应力最小,而当α为30°或45°时,损伤应力最小.单节理花岗岩起裂应力与峰值应力比值介于29.1%~45.04%,大部分大于完整花岗岩,而其损伤应力对节理长度、倾角变化的敏感度要大于峰值应力,其值介于72.84%~83.25%,大于完整花岗岩.节理花岗岩起裂应力和损伤应力大小与其破坏模式有关,当主破坏面裂纹起裂和扩展始于节理尖端而沿节理方向时,起裂应力和损伤应力最小.     

基于最大周向应变准则的线弹性材料 纯Ⅰ型断裂机理研究

基于对裂纹尖端应力场常数项T应力的考虑和MTS准则的缺陷,建立基于最大拉应变准则的线弹性材料裂纹扩展判别准则.运用最大周向拉应变准则,以受双向压应力的无限大平板内含贯穿直裂纹为研究对象,给出线弹性材料裂纹的起裂方向和起裂条件,分析T"应力和泊松比对纯Ⅰ型裂纹的起裂角和断裂韧性的影响.研究结果表明,T应力和泊松比对裂纹起裂角和断裂韧性的影响是不可忽视的.考虑T应力后,裂纹扩展发生偏折,起裂角随泊松比的增大而增大;此外,T应力和泊松比对断裂韧性的影响分为两个阶段.考虑T应力的最大周向拉应变准则用于脆性材料裂纹起裂的研究弥补了应力准则的不足,能够更好地预测裂纹初始扩展角及断裂韧性.     

煤体脉动注水与恒压注水致裂特征模拟

 为解决煤体恒压注水在实际应用中致裂效果不理想问题, 基于FLAC3D在岩土力学中的应用, 模拟了在脉动注水与恒压注水条件下煤体的起裂过程, 分析了煤体脉动注水与恒压注水致裂特征.数值模拟结果表明, 经水力压裂后, 脉动注水模型中走向方向压裂半径3.3m, 垂直方向压裂半径2.2m;恒压注水模型中走向方向压裂半径0.65m, 垂直方向压裂半径0.96m.煤体脉动注水比恒压注水需要更长时间起裂, 脉动注水模型最终压应力比恒压注水低, 从而得出脉动注水对煤岩体卸压作用明显优于恒压注水.     

水力耦合作用下三维中空裂隙扩展模式与材料破坏强度的试验研究

采用透明树脂类岩石材料制作含三维中空单裂隙试件,开展水力耦合破裂试验,研究三维裂隙起裂扩展模式,分析裂隙倾角和水压对裂隙起裂应力及试件破坏强度的影响规律。研究结果表明:三维中空裂隙的起裂和扩展模式与闭合裂隙相比差异显著,水力耦合下三维裂隙起裂扩展模式呈现低水压与高水压2种类型,水压升高对裂隙起裂、扩展具有显著的促进作用,并改变试件的破坏模式;随裂隙倾角增大,翼裂纹临界扩展长度逐渐减小,鱼鳍状裂纹的萌生时间呈后延趋势;水压对裂隙起裂应力和试件破坏强度的影响分别存在阈值,在达到阈值前,水压升高使起裂应力小幅度增大,而破坏强度逐渐降低;当水压超过阈值后,起裂应力与破坏强度均迅速降低;裂隙起裂应力和试件破坏强度均随裂隙倾角增大而呈先降低后升高的趋势,但起裂应力的变化幅度比破坏强度的变化幅度更大。     

低渗透煤层合增透技术应用

为增加低渗透高瓦斯煤层的透气性,提高瓦斯利用率和抽采效率,提出低渗透煤层复合增透的方法.利用RFPA2D-Flow和FLAC3D软件分别对水力压裂裂缝的起裂、延伸与扩展规律和CO_2增透钻孔内提前制造不同长度的预裂缝对爆破致裂增透效果的影响情况进行模拟.进行井下复合增透效果工业试验,运用瓦斯压力降低法分析预裂后煤层瓦斯抽采半径.结果表明:模拟注水压裂27 PMa时,割缝半径约2 m,随着煤壁预裂缝长度增加,CO_2爆破致裂影响半径呈线性递增的趋势.现场复合增透后煤层抽采率显著提高,有效半径由原来单一水力压裂的2 m增加到7 m左右.     

棒料轴对称非稳态多维温度场的研究

针对低应力精密下料需要预制棒料V型槽尖端微裂纹进而减少下料时间的问题,首先分析了热应力预制V型槽尖端裂纹的基本原理。利用ANSYS软件对热力学模型进行了多次数值模拟,进而建立了适合于不同材质的棒料轴对称非稳态温度场的方程,这对进一步研究此类课题提供了理论参考。     

带等腰三角形槽微通道的数值分析

为对研究等腰三角形槽结构,分析其对微通道内流体流动和传热的影响,采用有限体积法,运用FLUENT软件进行数值模拟分析.在Re=497~1 000范围内,对顶底角分别为20°、40°、60°的等腰三角形槽进行分析,以压降小、Nusselt数高为目标,得出具有较好散热性能的等腰三角形槽的形状尺寸.研究结果表明:底角60°的等腰三角形槽微通道的散热性能较好.     

考虑应力敏感的低渗透油藏极限半径计算方法研究

精确计算储层流体极限流动半径,是确定合理井距的关键.对不同渗透率级别低渗天然岩心进行了应力敏感实验和启动压力梯度实验,得到了压敏效应数学模型和启动压力梯度与流度的相关式.再与非线性渗流理论结合,将应力敏感因素加入极限半径计算公式中,得到了极限半径计算新公式和理论图版.重点分析了应力敏感效应对极限半径的影响规律.研究结果表明:极限半径随流度、生产压差的增大而增大;在强应力敏感性地层中流体黏度越低、生产压差越大,考虑应力敏感后,极限半径损失越多.通过分析极限半径变化规律,得到更准确的极限半径,为低渗透油藏高效开发提供理论指导.     

16MnR钢中微裂纹的萌生及扩展

用宏观与微观相结合的方法,研究16MnR钢在低周疲劳下微裂纹的萌生与扩展规律。试样上分别钻有40—200μm的微孔,研究了微裂纹启裂、扩展和微缺陷尺寸对疲劳寿命的影响。结果认为,孔边裂纹启裂机理有两种方式:滑移带启裂和疏松带启裂。前者是由剪应力起主要作用,后者是正应力起主要作用。而滑移带的局部性和裂纹开叉是低周疲劳下微裂纹的两大典型现象。且微缺陷尺寸对疲劳寿命有显著影响,该影响随应力水平的增加而减小。     

无衍射光束的轴上光强和最大准直距离

利用柯林斯公式推广,在柱坐标下的广义惠更斯-菲涅尔衍射积分公式,推导出用锥形透镜产生的近似无衍射光束的纵向传输分布,且进一步得到轴上光强公式,并用几何光学分析法得到最大准直距离的公式.根据数值模拟的轴上光强,分别讨论轴棱镜底角对轴上光强分布的影响,入射光束半径R、底角φ对最大准直距离Zmax的影响.实验结果表明,轴上光强随着底角的增大而增大,最大准直距离Zmax随入射光束半径R增大而增大并近似与R成正比,最大准直距离Zmax随底角增大而减小且近似与底角反比.     

不同厚度三点弯曲梁的裂纹扩展动态焦散实验

采用动态焦散线实验方法,对冲击作用下不同厚度的三点弯曲梁进行了研究,分析了厚度对其动态断裂过程的影响.结果表明:不同厚度三点弯曲梁在动态冲击实验中,预制裂纹起裂时间和扩展时间受到试件厚度的影响.厚度越大,起裂越慢,扩展时间越长;试件起裂后,不同厚度下裂尖的扩展速度和动态应力强度因子值随时间的变化曲线均呈现先快速上升后波动下降的趋势;裂尖扩展速度和动态应力强度因子的峰值随着厚度的增大呈现先上升后下降的趋势;厚度影响了反射应力波对裂纹扩展的抑制作用.     

裂纹宽度对岩石断裂韧性测试结果的影响

深部地层岩石的断裂韧性是水力压裂设计和数值模拟中的一个重要参数。通过试验分析和有限元数值计算，研究了试件的裂缝宽度对应力强度因子的影响，给出了确定无因次应力强度因子与裂尖半径关系的数值方法，弥补了解析方法的裂缝宽度对应力强度因子的影响，给出了确定无因次应力强度因子与裂尖半径关系的数值方法。弥补了解析方法中裂缝零宽度假设的不足，研究结果表明，当裂缝宽度较小时，解析方法可以用不动声色计算断裂韧性；当裂缝宽度较大时，采用解析方法计算出的断裂韧性偏差较大。试验测定时，应使裂尖半径尽可能小，并且破裂压力应该与裂尖半径相对应，这为正确确定岩石的断裂韧性提供了可靠的理论依据和试验方法。     

无衍射光束最大准直距离的几何光学模拟与实验

利用几何光学方法对轴棱锥产生近似无衍射光进行分析,给出最大无衍射距离的几何表达式.利用光学设计软件ZEMAX对产生近似无衍射光的光路进行追迹,并模拟横向光强分布.通过几何分析、软件模拟及实验验证,讨论光束半径和轴棱锥底角对最大无衍射距离的影响.研究结果表明,最大无衍射距离随入射光束半径的增大而增大,且近似成正比;而最大无衍射距离随轴棱锥底角增大而减小,且近似成反比.     

加筋锈蚀膨胀诱导深埋地下工程锚固结构起裂模式分析

基于弹性理论和最大拉应力破坏准则假定,结合深埋地下工程锚固结构系统施工工序和锚杆锈胀临界过程分析,简化深埋地下工程锚固结构加筋锈胀力学模型,得到不同应力作用下锚固结构系统不同起裂模式的弹性判据.研究结果表明:砂浆和围岩的开裂顺序取决于它们的材料参数、地应力、砂浆握裹层的厚度；不考虑地应力影响时不同介质起裂条件与考虑地应力影响情况(K=3或K=1/3时)的起裂条件相同.并由工程算例分析可知,在不同应力组合下,存在3种不同的起裂模式.研究结果可为分析深埋地下工程结构锚固系统的力学性能劣化机理及深埋地下工程支护结构设计提供有益的参考.     

侧压影响下圆形洞室岩爆双轴物理模拟试验研究

为研究侧压影响下圆形洞室岩爆机制,采用双轴加载装置对含孔洞红砂岩试样进行了物理模拟试验,期间采用高速相机观测了孔洞破坏全过程。研究结果表明:岩爆过程可划分为平静期、剥落期、屈曲期和岩爆期四个时期;洞壁垂直起裂应力和岩爆V型槽破坏深度均随侧压增大而呈线性增大趋势。侧压主要从两方面影响岩爆发生:一是影响洞室破坏机制,当侧压较低时,洞壁垂直方向起裂应力小、水平方向应力梯度小,以拉伸破坏机制为主,破坏范围小,而侧压较大时,洞壁浅部区域破坏机制与低侧压时类似,但洞壁深部区域由于水平应力增加,受力类似三轴压缩,以剪切破坏机制为主,破坏范围大;二是影响洞壁能量积聚释放特征,由于侧压增大,平静期持续时间增加,而破坏期持续时间减小,造成洞壁破坏时单位时间内能量释放率增加,岩爆发生更加剧烈。     

薄膜涂层材料的界面破坏准则

为了确定界面起裂位置及条件的评价方法,通过对引入假想界面裂纹的划痕实验的数值分析,讨论了界面的起裂位置.根据起裂位置的不同界面应力状态及相应的实验结果,提出了界面破坏的强度准则.实验和分析结果表明,在划痕实验中,起裂位置由最大界面剪应力决定,但起裂条件不仅与界面剪应力有关,而且与起裂位置处的界面压应力有关,界面压应力越大,导致界面起裂的界面剪应力也越大.该薄膜界面结合强度的评价准则,不受具体实验条件的影响,具有通用性.