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相似文献
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1.
湛文涛  赵辉  饶翔  刘伟  徐云峰 《力学学报》2023,(7):1570-1581
针对油藏不同尺度复杂几何特征描述和动态连通性识别等难题,近年来发展了一种基于非欧物理连通网络具有无网格特征的油藏数值模拟连接元方法.文章将连接元法推广到裂缝性油藏,从流体流动的角度,利用连接单元将油藏离散为物理连通网络.根据节点物性参数、影响域半径和加权最小二乘法给出了压力扩散项的广义差分近似.结合物质守恒方程计算节点控制体积、基质节点间传导率、裂缝节点间传导率以及基质节点与裂缝节点间传导率,从而构建渗流控制方程组的全隐式离散格式,求解压力、饱和度以及含水率等生产动态参数.引入图论深度优先搜索算法,基于每个时间步求解的节点间压力梯度,计算各时间步注入井的劈分系数,定量表征井节点间的流动关系和连通性.算例验证表明,相较基于网格体系的传统方法,该方法能够自由灵活地刻画包括裂缝复杂分布、不规则油藏边界在内的复杂油藏几何,在粗化模型情况下能够保留更丰富的流动拓扑结构,实现计算精度和计算效率的更优平衡,能更好满足实际大规模裂缝性油藏的生产动态模拟预测需求,同时为具有多尺度几何特征的裂缝性油藏及复杂边界油藏的数值模拟提供了新思路.  相似文献   

2.
从传统的混凝土分离裂缝模型和弥散裂缝模型出发,使用不同的模型模拟不同发展阶段的混凝土裂缝,并利用无网格方法可以灵活布置节点和边界的优点,使分离裂缝模型的使用得到很大的简化。通过在宏观裂缝表面布置基于试验结果的混凝土与混凝土界面单元,正确地模拟了裂缝表面抗剪能力的变化。算例表明,使用本文方法可以准确模拟斜拉破坏混凝土梁的破坏过程,且精度和数值稳定性要高于传统的有限元弥散裂缝方法。  相似文献   

3.
针对裂缝介质具有多尺度特点,建立了Darcy/Stokes-Brinkman多尺度耦合模型,采用多尺度混合有限元方法,对裂缝介质渗流问题进行了研究.阐述了多尺度混合有限元方法的基本原理,并推导得到Darcy/Stokes-Brinkman方程的多尺度混合有限元计算格式.数值计算结果表明,大尺度Darcy模型能够捕捉到小尺度上裂缝网络渗流特征;与网格粗化、传统有限元方法相比,多尺度混合有限元方法的基函数具有能反映单元内参数变化的优点,在保证计算精度的同时能够减少计算量,对于裂缝油藏具有良好的适用性.  相似文献   

4.
多尺度嵌入式离散裂缝模型模拟方法   总被引:1,自引:0,他引:1  
天然裂缝性油藏和人工压裂油藏内裂缝形态多样,分布复杂,传统的离散裂缝模型将裂缝作为基岩网格的边界,采用非结构化网格进行网格划分,其划分过程复杂,计算量大。嵌入式离散裂缝模型划分网格时不需要考虑油藏内的裂缝形态,只需对基岩系统进行简单的网格剖分,可以大大降低网格划分的复杂度,从而提高计算效率。然而,在油藏级别的数值模拟和人工压裂裂缝下的产能分析中,仍然存在计算量巨大、模拟时间过长的问题。本文提出嵌入式离散裂缝模型的多尺度数值计算格式,使用多尺度模拟有限差分法研究嵌入式离散裂缝模型渗流问题。通过在粗网格上求解局部流动问题计算多尺度基函数,多尺度基函数可以捕捉裂缝与基岩间的相互关系,反映单元内的非均质性,因此该方法既有传统尺度升级法的计算效率,又可以保证计算精度,数值结果表明这是一种有效的裂缝性油藏数值模拟方法。  相似文献   

5.
两套节点格林元嵌入式离散裂缝模型数值模拟方法   总被引:1,自引:1,他引:0  
程林松  杜旭林  饶翔  曹仁义  贾品 《力学学报》2022,54(10):2892-2903
对于原始嵌入式离散裂缝模型(EDFM), 在计算包含裂缝单元的基质网格内的压力分布时采用了线性分布假设, 这导致了油藏开发早期对非稳态窜流量的计算精度不足. 因此, 本文提出了一种两套节点格林元法的EDFM数值模拟方法. 两套节点格林元法的核心思想是将压力节点与流量节点区分开, 一套压力节点设置在单元顶点, 另一套流量节点设置在网格边的中点, 满足局部物质守恒、具有二阶精度的同时, 可适用于任意网格类型. 本文将两套节点格林元法与EDFM耦合, 采用了非稳态渗流控制方程的边界积分形式推导了基质网格与裂缝网格之间传质量的新格式, 代替了线性分布假设以提高模拟精度; 此外, 修正后的EDFM能适应任意形态的基质网格剖分, 拓展了原始EDFM仅适用于矩形基质网格、难以考虑复杂油藏边界的局限性. 研究表明: 通过对比商业模拟软件tNavigator? LGR模块与原始EDFM, 验证了本文模型具有较高的早期计算精度; 以复杂油藏边界?缝网?SRV分区模型为例, 通过对比SFEM-COMSOL商业模拟软件, 验证了本文模型处理复杂问题的适应性. 本文研究可用于裂缝性油藏开发动态的精确模拟.   相似文献   

6.
为了提高基于Galerkin弱积分形式的无网格方法求解瞬态热传导问题的计算效率,提出了两种方案:第一种方案在空间离散上采用基于任意凸多边形节点影响域的无网格形函数,并通过选取适当的节点影响半径因子,使背景网格内的积分点仅对该背景网格内的无网格节点有贡献,从而避免了节点搜索问题,减少了系统刚度矩阵的带宽,且当节点影响半径因子为1.01时,无网格方法的形函数近似具有插值特性;第二种方案在求解线性方程组时,引入质量矩阵集中技术,从而避免了系统方程组的求解.二维矩形区域、二维圆形区域的瞬态热传导数值算例结果表明:在保证计算精度的同时,采用任意多边形节点影响域的无网格方法比传统无网格方法的计算时间至少节省44.09%,采用质量矩阵集中技术的无网格方法比传统无网格方法的计算时间至少节省76.15%,且当节点影响半径因子为1.01时,其本质边界条件的施加和有限元方法一样简单;由于采用质量矩阵集中技术的无网格方法比采用任意多边形节点影响域的无网格方法精度较低,因此如仅从计算效率考虑,对精度要求不是很高(误差在5%以内),建议采用质量矩阵集中技术,如同时考虑计算精度和效率,建议采用多边形节点影响域的技术.  相似文献   

7.
基于三维有限元方法,提出了一个预测和评价砂井地基的简化计算模型。该计算模型采用块体单元模拟砂井周围的土体,用砂井单元模拟砂井的竖向排水和水平排水过程,并且推导了反映土体单元和砂井单元之间排水过程的连续性方程。克服了以往有限元法计算砂井地基时,需要将砂井和周围土体作均质化等价的缺点,并可用弹塑性模型反映砂井周围土体的非线性变形和强度特性。计算了单个砂井地基固结排水过程。通过和理论解的比较表明,用本文简化计算模型得到的结果和理论解比较接近。同时,还计算了日本某高速公路路基用砂井 堆载预压法处理的过程,通过分析表明,该简化模型能反映砂井地基的固结排水过程,可以应用于实际工程。  相似文献   

8.
天然裂缝性油藏和人工压裂油藏内裂缝形态多样,分布复杂,传统的离散裂缝模型将裂缝作为基岩网格的边界,采用非结构化网格进行网格划分,其划分过程复杂,计算量大。嵌入式离散裂缝模型划分网格时不需要考虑油藏内的裂缝形态,只需对基岩系统进行简单的网格剖分,可以大大降低网格划分的复杂度,从而提高计算效率。然而,在油藏级别的数值模拟和人工压裂裂缝下的产能分析中,仍然存在计算量巨大、模拟时间过长的问题。本文提出嵌入式离散裂缝模型的多尺度数值计算格式,使用多尺度模拟有限差分法研究嵌入式离散裂缝模型渗流问题。通过在粗网格上求解局部流动问题计算多尺度基函数,多尺度基函数可以捕捉裂缝与基岩间的相互关系,反映单元内的非均质性,因此该方法既有传统尺度升级法的计算效率,又可以保证计算精度,数值结果表明这是一种有效的裂缝性油藏数值模拟方法。  相似文献   

9.
对于已含初始裂纹平台管节点的寿命预测很大程度上依靠应力强度因子的精确值,而复杂载荷条件下的节点应力强度因子的计算尚无参数方程直接确定。本文提出了一种含表面裂纹的K节点的有限元网格产生方法,即把整个K节点划分为几个子区域,每个子区域的网格具有不同类型的单元和不同的密度。这种方法在控制网格密度,尤其是控制沿着裂纹边缘单元的边长比方面有其独特的优越性,当所有子区域的网格自动产生后,容易得到整个结构的有限元模型。同时用J积分和位移外推插值法分别计算了一个K型节点沿着裂纹前缘的应力强度因子值,发现:试验得到的应力强度因子值和提出的模型计算结果非常吻合,证明了所提有限元模型的准确性。  相似文献   

10.
应用再造核质点法(RKPM)进行了结构裂纹计算问题的研究。将不连续处理技术一可视准则和衍射方法应用于RKPM来模拟裂纹附近场函数,实现二维和三维裂纹体的分析。避免了有限元方法中裂纹附近复杂的网格剖分工作。应用面向对象技术在计算程序中实现了二维和三维裂纹体的应力场计算分析,并且将结构离散工作和裂缝网格构造工作分离,从而提高计算效率。简单的算例表明应用RKPM方法在二维和三维含裂纹结构计算是有效的。  相似文献   

11.
基于集中柔度模型,建立了含裂纹一维欧拉梁的频率方程,以此为基础探讨了裂纹无效位置的求解方法。数值计算结果显示,裂纹无效位置和位移振型节点并不一致。进一步的理论推导证明裂纹无效位置就是曲率模态振型的零点位置,从曲率和力学性能基本参数的关系分析,这一结论是合理的。本文结论对于实验、测试方案设计有指导意义。  相似文献   

12.
The near crack line analysis method is used to investigate an eccentric crack loaded by shear forces in a finite width plate, and the analytical solution is obtained in this paper. The solution includes: the unit normal vector of the elastic–plastic boundary near the crack line, the elastic–plastic stress fields near crack line, variations of the length of the plastic zone along the crack line with an external loads, and the bearing capacity of a finite plate with a centric crack loaded by shear stress in the far field. The results obtained in this paper are sufficiently precise near the crack line because the assumptions of small scale yielding theory have not been made and no other assumptions have been taken. Subsequently, the present results are compared with the traditional line elastic fracture mechanical solutions and elastoplastic near field solutions under small scale yielding condition. On the basis of the minimum strain energy density (SED) theory, the minimum values of SED in the vicinity of the crack tip are determined, the initial growth orientation of crack are determined. It is found that the normalized load under large scale yielding condition is higher than those under small scale yielding condition when the length of the plastic zone is the same.  相似文献   

13.
Scattering of monochromatic elastic waves on an isolated planar crack of arbitrary shape is considered. The 2D-integral equation for the crack opening vector is discretized by Gaussian approximating functions. For such functions, the elements of the matrix of the discretized problem have forms of standard one-dimensional integrals that can be tabulated. For regular grids of approximating nodes, the matrix of the discretized problem has the Toeplitz structure, and the corresponding matrix–vector products can be calculated by the fast Fourier transform technique. The latter strongly accelerates the process of iterative solution of the discretized problem. Examples of calculations of crack opening vectors, dynamic stress-intensity factors, and differential cross-sections of circular (penny-shaped) and non-circular cracks for various incident wave fields are presented. For a penny-shaped crack and longitudinal incident waves normal to the crack plane, an efficient semi-analytical method of the solution of the scattering problem is developed. The results of both methods are compared in a wide frequency region of the incident field.  相似文献   

14.
有限长界面裂纹对冲击载荷的响应   总被引:6,自引:0,他引:6  
本文研究了受冲击载荷作用下界面裂纹的瞬态特性。通过引入裂纹尖端附近裂纹面无摩擦接触区,消除了界面裂纹问题中存在的振荡奇异性。由于产生了随时间变化的运动边界,应用积分变换及路径积分方法进行反演,在时间-空间域上给出了问题的控制积分方程。应用chebyshev多项式展开,将问题转化为非线性微分-积分方程组的求解。给出了剪切应力强度因子和裂纹面接触区尺寸的数值结果。所得结果表明,拉伸场中界面裂纹的扩展和剪切失效有密切关系。  相似文献   

15.
变形双重介质广义流动分析   总被引:21,自引:0,他引:21  
对于碳酸盐油藏和低渗油藏的渗流问题,传统的研究方法都是假设地层渗透率是常数,这假设,对于地层渗透率是压力敏感的情况,对压力的空间变化和瞬时变化将导致较大的误差。本文研究了应力敏感地层中双重介质渗流问题的压力不稳定响应,不仅考虑了储层的双重介质特征,而且考虑了应力敏感地层中介质的变形,建立了应力敏感地层双重介质的数学模型,渗透率依赖于孔隙压力变化的流动方程是强非线性的,采用Douglas-Jones预估-校正法获得了只有裂缝发生形变定产量生产时无限大地层的数值解及定产量生产岩块与裂隙同时发生形变时无限大地层的数值解,并探讨了变形参数和双重介质参数变化时压力的变化规律,给出几种情况下典型压力曲线图版,这些结果可用于实际试井分析。  相似文献   

16.
The present investigation of the crack problem in piezoelectric materials is performed based on the non-local theory. After some manipulations, the impermeable crack, the permeable crack (the crack gap is full of NaCI solution), and the semi-permeable crack (the crack gap is full of air or silicon oil) are reduced to a uniform formulation by assuming the normal electric displacement on the crack surfaces to be an unknown variable. Thus, a triple integral equation with the unknown normal electric displacement is established. By using the Newton iterative method and solving the triple integral equation, it is found that the normal electric displacement on the crack surfaces is no longer a constant as determined by previous studies, rather, it depends upon the remote combined electromechanical loadings. Numerical results of the stresses and electric displacement fields show that there are no singularities at the crack tips so that the stresses remain finite. It is of great significance that the concrete electric boundary condition on the crack surfaces exerts significant influence on the near-tip fields and in this way plays an important role in evaluating the crack stability in the non-local piezoelectric materials. More specifically, the impermeable crack model always overestimates the finite stresses at the crack tips, whereas the permeable crack model always underestimates them.  相似文献   

17.
一种XFEM断裂分析的裂尖单元新型改进函数   总被引:6,自引:2,他引:4  
江守燕  杜成斌 《力学学报》2013,45(1):134-138
提出了一种适用于裂尖改进单元的新型改进函数, 基于三角变换的方法, 保留裂纹尖端场的应力奇异性和裂纹上、下表面的位移不连续性, 将常规扩展有限元法裂尖改进单元的4 项改进函数缩减为2 项, 裂尖改进单元的结点由常规的8 个改进自由度减少为4 个. 采用2 个正交的水平集函数表征材料内部裂纹面, 详细阐述了改进单元类型的判别方法, 给出一种改进单元的分区域积分方案. 最后, 若干断裂力学问题经典算例的数值计算结果表明:建议的裂尖改进函数具有较高的数值精度, 该方法是十分有效的.  相似文献   

18.
A.K. Gautesen 《Wave Motion》1979,1(2):127-140
For two-dimensional diffraction by a crack in an elastic solid it is shown that the geometrical theory of diffraction represents an asymptotic solution to the equations of linear elastodynamics, which satisfies the boundary conditions of vanishing tractions on the crack faces. The analysis consists of matching an outer solution valid far from the edge of the crack to an inner solution valid near the crack edge. The outer solution fails on the boundary of the region containing direct rays, as well as on the boundaries of the regions containing reflected rays of longitudinal and transverse motion. Uniform corrections to the theory are given which provide a smooth transition across these boundaries.  相似文献   

19.
准确高效地对损伤和断裂问题进行建模是计算力学中的关键研究课题之一。将近场动力学最小二乘在处理含裂纹等非连续问题上的优势和有限元计算效率高及便于施加边界条件的优势结合,提出了近场动力学最小二乘和有限元耦合方法。将裂纹及其可能扩展区域划分为近场动力学区域,边界及其他区域划分为有限元区域,并将其中的结点类型分为近场动力学结点和有限元结点。有限元结点仅与同单元中的其他结点产生作用,近场动力学结点则与其族内的所有结点产生作用。将以上的单元刚度矩阵和质量矩阵进行组装得到整体刚度矩阵和整体质量矩阵。本文的耦合方法数值实现简单有效,相对于键基和常规态基近场动力学,该耦合方法包含了应力和应变的概念,同时不受零能模式的影响。一维和二维静态和动态问题的研究,验证了本文的耦合方法的有效性和准确性。  相似文献   

20.
与界面相交的裂纹尖端的应力奇异性分析   总被引:8,自引:1,他引:7  
为了确定与结合材料的界面相交的裂纹尖端附近的应力奇异性次数,提出了一种基于最小势能原理的一维特殊有限元法,以奇异点为原点半径r0的扇形奇异区域,可以简化为一维线性领域,即一条以代表结合材料的两个自由表面为端点的线段。对该一维线性领域作网格划分,采用三节点一维等参数二次单元。数值计算结果与已有理论解的比较表明,该方法具有很高的精度和效率,最后,利用文中给出的方法,得到了各向异性结合材料中与界面以任意角相交的裂纹尖端的奇异性次数随裂纹的变化规律。  相似文献   

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