CT实时观察下泥岩遇水软化过程的机理

利用CT断面成像技术(X-ray CT)实时观察水-岩作用过程中泥岩细观结构的动态软化过程.通过对不同浸水时间泥岩试样的实时扫描观察,获得水作用下泥岩内部裂隙的时空演化特点,如初始裂隙效应、网状扩展行为、空间非均匀分布和典型活跃期.据此得出水-岩作用过程中泥岩遇水软化微观结构演化的三个环节:首先历史成岩过程形成的细观裂隙为后来的水分子侵入泥岩提供了初始通道;接着侵入的水分子通过物理和化学作用导致泥岩中黏土矿物的体积膨胀和可溶碳酸盐溶解;最后是不利的黏土矿物体积膨胀和可溶碳酸盐溶解衍生的力学效应导致裂纹的扩展和相互连通.     

流淌火灾研究综述

流淌火灾是油气储运过程中常见的一种火灾事故,其本质是泄漏油品流淌过程遇火燃烧的过程。针对流淌火灾流动模型和实验研究现状进行综述,发现已有的流淌火灾的研究主要以分析模型为主,较少的实验研究也大多针对溢油充分扩展后所形成的池火,缺少对流淌火蔓延动态过程的研究。提出今后研究方向和研究计划,通过设计倾角可调式流淌火实验平台开展实验研究其蔓延行为与燃烧特性,促进对燃油流动和燃烧耦合作用机制的科学认识。     

基于ABAQUS的混凝土拱坝温度裂缝分析

混凝土拱坝在浇筑过程中,由于水泥水化热的大量产生,致使混凝土内部会或多或少地产生一些微裂纹,这些微裂纹在外部荷载的作用下,开始发展、汇集、贯通,最终形成宏观裂缝,危及坝体安全。所以对拱坝浇筑过程中产生的温度裂缝研究是一项十分重要的工作。     

水对泥岩损伤作用机理的核磁共振试验研究

为研究泥岩遇水软化的力学特性,对泥岩进行了单轴压缩和核磁共振试验。研究结果表明:(1)水对泥岩的损伤弱化过程如下。浸泡初期,泥岩内部的较小尺度的微裂纹(T_2谱第一峰值)逐渐扩展;较大尺寸的微裂纹(T_2谱第二峰值)显著增加、扩大。随着浸泡时间的增加,相对于较大尺寸(T_2谱第二峰值)的微裂纹,以较小尺寸的微裂纹(T_2谱第一峰值)的迅速扩展、汇聚乃至贯通为主;浸泡至足够长时间时,裂纹贯通形成新的更大尺寸的裂纹,此时,T_2谱分布图上出现第三峰值。(2)水对泥岩的损伤弱化作用主要表现为随着浸泡时间的增加,试件内部的原生微裂纹的进一步扩大和新生裂纹的萌生,二者逐渐汇聚、贯通,从而为水提供更多的通道,使水对泥岩的损伤进一步增强。(3)水对泥岩的强度参数损伤作用极为显著。随着浸泡时间的增加泥岩的单轴抗压强度和弹性模量均随着浸水时间的增加而呈指数形式减小。     

SiCf/SiC复合材料的水淬失效行为及模拟分析

采用先驱体浸渍裂解(PIP)工艺制备了不同尺寸的SiC_f/SiC复合材料，对复合材料的物理性能及水淬性能进行研究，并通过ABAQUS有限元模拟对水淬过程进行分析。结果表明，正交铺层的SiC_f/SiC复合材料的弯曲强度为553 MPa，层间拉伸强度为19.2 MPa。采用该复合材料进行水淬实验时，3次循环后出现明显裂纹，随着水淬次数的增加，裂纹发生扩展。样品尺寸增加时，S8和S12在水淬过程中均出现纵向基体裂纹，其中S12样品一端的5/6层出现沿纤维0°方向开裂的现象，因此S12在水淬过程中表现出更为复杂的开裂模式。通过有限元分析发现，水淬过程中，S4和S8样品6/7层裂纹出现了先开裂后闭合的趋势，这可能是该样品中主裂纹扩展“挤占”次裂纹空间所致。通过对样品在水淬过程中的应力计算，发现样品尺寸增大时，由于温度梯度引起的热应力增加，S8和S12样中的应力接近40 MPa，因此出现了基体开裂现象。     

气体钻井环空携水能力研究

气体钻井在某些方面具有常规钻井液钻井不可比拟的优势,在深层海相地层勘探开发过程中能够提高钻速、降低成本、减小对储层的伤害,具有广阔的应用前景。然而,当钻遇出水地层时,岩屑若遇水水化,黏度增大,容易导致钻头泥包、井眼堵卡等井下复杂问题,影响气体钻井的安全性。依托气体钻井井筒多相流大型实验架,对出水地层气体钻井携水规律进行实验研究。着重分析了井底携水搅动、井壁湿润、液膜形成及回落、液膜波动前进等携水现象,在实验结果分析的基础上,通过对环雾流携水规律的研究,提出了气体钻井极限携水能力计算模型。模型计算结果与实验结果相吻合,表明具有现场实用价值。     

浅谈多晶硅项目含氯硅烷介质换热器型式选择

多晶硅项目生产中,氯硅烷介质有毒,对人体眼和呼吸道粘膜有强烈刺激作用.且易燃,遇高热、明火或氧化剂接触,有引起燃烧爆炸的危险.所有在国内外多晶硅生产中,很多项目对一侧为氯硅烷介质,另一侧为水的换热器,选择了安全性比较高的双管板换热器,但从实际使用过程中情况来看,这种双管板换热器在换热管头或管头附近出现裂纹,最终导致设备失效,分析其事故产生的原因和气制造成本,此处选择单管板换热器代替双管板换热器切实可行.     

矿用圆环链临焊缝部位的裂纹分析

本文对矿用圆环链临焊缝部位在焊接过程中产生的裂纹进行了分析。结果表明此裂纹主要有两类:即撕裂型裂纹和击穿型裂纹。并对这两种裂纹产生的原因及形成机理进行了综合分析,提出了一些防止措施。     

玻璃幕墙建筑的火灾特性

为分析幕墙建筑的火灾危险性,借助FDS模拟软件,建立全尺寸双层玻璃幕墙建筑模型,并对低楼层火灾特性进行数值模拟。结果表明:发生火灾时,双层幕墙间温度近似"V"字型分布;随着幕墙间距的增加,幕墙侧面高温点增多,玻璃随机炸裂的危险性急剧增大;随着时间的增加,起火房间的高温点向幕墙转移;起火房间内的CO浓度较高,且高层房间的CO浓度高于低层房间。该结果为幕墙建筑火灾防范提供了理论依据。     

奥氏体耐热不锈钢310S动态拉伸变形行为研究

采用扫描电子显微镜(SEM)静载动态拉伸原位观察方法研究了310S奥氏体耐热不锈钢常温动态拉伸过程中裂纹的萌生、扩展及断裂过程.结果表明:裂纹源容易在夹杂物、基体界面以及应力集中部位形成.随着拉伸变形进行,不同位置形成的微裂纹中,处于与拉伸应力方向相同或相近的有利位相的微裂纹不断亚稳扩展,最后与周围微裂纹连接形成主裂纹.当主裂纹扩展到一定程度达到或超出临界裂纹尺寸后,试样裂纹发生全面失稳扩展而试样迅速断裂.     

附加应力场和滤失作用下页岩水力压裂开裂机理

为了研究含有天然微裂隙和层理的页岩储层在压裂液产生的滤失和附加应力场共同作用下的开裂机理,采用复变函数保角变换方法修正了传统附加应力场解析解,基于最大拉应力强度理论,通过解析分析比较储层基质、天然裂隙和层理的复杂应力状态及相应的强度,得出水力压裂主裂纹遇天然裂隙或层理后的开裂机理和扩展方向.基于莫尔强度理论分析讨论被裂纹穿过后的储层次裂纹形成机理.结果表明:水力压裂主裂纹尖端拉应力集中,发生张性破坏;被主裂纹穿过的天然裂隙或层理在附加应力场和压裂液产生的滤失作用下发生剪切破坏,形成滑动次裂纹;附加应力场增大裂纹附近的最小地应力、降低裂纹附近的最大地应力,不利于储层次裂纹的形成;降低排量、增加压裂作用时间,提高裂纹附近储层孔隙压力,降低有效应力,可促进储层次裂纹的形成.     

光滑试样疲劳短裂纹的形成与扩展

对两种晶粒尺寸的中碳钢光滑试样进行了旋转弯曲疲劳试验；应用复型技术监测了短裂纹形成与扩展过程，研究了晶粒尺寸对短裂纹行为的影响。结果表明：裂纹形成几乎贯穿于整个疲劳过程；裂纹形成寿命小于失效寿命的１０％；表面长度小于２ｍｍ的短裂纹扩展寿命占整个疲劳寿命的８５％以上；晶粒尺寸和微观结构对短裂纹形成和扩展都有很大影响。     

金属粉末成形过程的裂纹预测

根据金属粉末成形的工艺过程和裂纹形成原因,对裂纹进行了分类,运用损伤力学方法分析了金属粉末成形过程中出现各类裂纹的形成机理,使用基于Lee金属粉末压制模型导出了缺陷预测模型,模型包含了瞬时应力、应变、相对密度及它们积累作用的影响,因此该模型不仅定量地表示瞬时的损伤状态,更体现了整个加载过程应力－应变历史进程对材料产生的劣化作用,对单台阶零件压制进行了模拟,结果显示裂纹出现在应力三轴度和应变较大部位,与实验相符。     

围压下裂纹中自由水影响混凝土力学性能的机理

为了研究围压和混凝土裂纹中自由水对混凝土材料静、动力宏观力学性能的影响,根据混凝土材料的细观结构、不同围压水平下混凝土的宏观破坏现象及混凝土中微裂纹的扩展和串接规律,揭示了围压下混凝土的破坏过程和破坏机理。通过对混凝土体积变形和裂纹扩展速度的讨论,得到了静动力荷载条件下自由水的有害及有益作用,利用断裂力学,考虑主控裂纹之间的相互影响、围压及自由水的不同作用、裂纹扩展速度对应力强度因子的影响,建立了低围压下混凝土的静、动力抗压强度模型。模型的计算结果与宏观试验现象较为一致。     

围压下裂纹中自由水影响混凝土力学性能的机理

为了研究围压和混凝土裂纹中自由水对混凝土材料静、动力宏观力学性能的影响,根据混凝土材料的细观结构、不同围压水平下混凝土的宏观破坏现象及混凝土中微裂纹的扩展和串接规律,揭示了围压下混凝土的破坏过程和破坏机理。通过对混凝土体积变形和裂纹扩展速度的讨论,得到了静动力荷载条件下自由水的有害及有益作用,利用断裂力学,考虑主控裂纹之间的相互影响、围压及自由水的不同作用、裂纹扩展速度对应力强度因子的影响,建立了低围压下混凝土的静、动力抗压强度模型。模型的计算结果与宏观试验现象较为一致。     

高温薄层干燥玉米应力裂纹的试验与分析

本文进行了玉米高温薄层干燥试验，分析应力裂纹的形成机理，探讨干燥条件对应力裂纹生成和发展的影响规律．结果显示，应力裂纹的形成与干燥、冷却和储存过程中升温、降温及水分迁移有关，尤其是干后玉米内部水分的重新均匀化过程．籽粒内部的水分梯度造成的籽粒不同组成部分受压和受拉是产生应力裂纹的主要原因。应力裂纹仅仅是内部裂纹，只在胚乳中存在，沿着淀粉颗粒边缘发展．干燥介质温度、速度和样品的初始及终了水分对应力裂纹的发生和发展有重大影响。     

管道承压能力逆转原因探讨

比较了金属材料中短裂纹与长裂纹的扩展差异,短裂纹的扩展表现为裂纹的群体行为,短裂纹不仅会在应力作用下发生扩展,而且裂纹之间还有相互作用,相邻裂纹会在扩展的基础上发生合并,形成主导裂纹,而长裂纹的扩展表现为裂纹的个体行为。管道在制造、运输、敷设过程中产生的裂纹和缺陷是产生“承压能力逆转”的原因。用断裂力学中裂纹扩展的原理分析和研究了管道产生“承压能力逆转”的过程,并提出了相应的防范措施。     

7055铝合金半连续铸造过程区域水冷工艺数值模拟

建立了7055铝合金半连续铸造过程的数学模型,采用了有限元模拟软件Procast对铸造过程进行模拟,模拟过程还采用了Procast模拟连铸的MILE算法.通过在结晶器下方设置区域冷却装置刮水板,使半连续铸造的二次冷却水在挡水板位置被阻挡和分流,实现区域冷却效果,保证铸造过程中刮水板下方铸坯自然空冷,铸锭利用自身余温"低温回火",有效降低了铸造内应力,抑制了铸坯开裂.仿真了刮水板不同位置的温度场与应力场的变化情况,模拟结果显示,适当减小区域冷却范围,可有效减小表面裂纹和中心裂纹产生的倾向性.     

ZG20MnSi钢的疲劳及腐蚀疲劳断口分析

利用PQ1-6型旋转弯曲疲劳试验机和TSM-1扫描电子显微镜对ZG20MnSi钢进行了空气与水两种介质的对比疲劳试验,探讨了ZG20MnSi钢在水中的条件疲劳极限比在空气中低得多的原因。在水中的试样表面能形成多处裂纹核心,这些裂纹核心在交变应力作用和水的腐蚀作用下得以快速扩展。腐蚀作用一方面使材料表面出现腐蚀坑成为裂纹核心,另一方面腐蚀作用产生的氢进入材料中与位错之间发生交互作用,形成Cottrell气团,造成位错塞积,也能导致裂纹核心的形成,氢还能降低材料原子间结合力,使裂纹尖端表观屈服应力降低,发生滞后塑性变形,加速裂纹的扩展。     

基于扩展有限元的混凝土重力坝水力劈裂分析

利用扩展有限单元法在求解不连续问题上的独有优势,在裂纹面以水压力方式模拟水力劈裂荷载,以解决裂纹扩展时涉及裂纹面非线性和移动边界问题。针对某待建混凝土重力坝,通过ABAQUS软件建立黏聚力裂纹扩展模型模拟水力劈裂,采用上游超载静水压力模拟高水压作用,研究不同裂纹长度、角度及裂纹面水压力对裂纹扩展的影响。结果表明：在相同初始裂纹夹角和水压作用下,裂纹起裂方向与预置裂纹方向夹角值基本一致;预置裂纹与水平向夹角为45°时,裂纹扩展深度最浅;随着裂纹面水压力数值增大,坝踵预置裂纹逐渐向坝基底部扩展;随着坝体折断面预置裂纹长度的增加,预置裂纹尖端周围应力值逐步增大,坝顶和主裂纹最大张开位移也随之增大,最终形成一条主裂纹并不断地向下游坝基面进行扩展,结构承载能力逐渐降低。