基于均匀化理论的页岩微观多孔黏土强度特性

页岩强度是页岩油气开发所必需的基础技术参数之一,对页岩强度的研究贯穿于钻完井、压裂工艺施工的全过程.常规宏观室内实验存在试样获取困难、耗时较长,受井下工矿制约,地球物理方法获取资料品质欠佳且增加了井下设备卡、埋风险.因此,提出基于均匀化理论评价页岩微观多孔黏土强度的方法,进行多孔黏土组成与力学分析.基于耗散能原理和Drucker-Prager准则,开展了微观多孔黏土的强度与$\pi$函数的应变求解分析;讨论黏土颗粒与粒间孔隙的力学特性,建立多孔黏土的均匀化应变能;采用强度均匀化理论构建微观非线性函数模型,建立与多孔黏土组成、摩擦系数、内聚系数等参数相关的均匀化函数模型;基于纳米力学实验、量纲分析和有限元模拟,分析多孔黏土硬度、强度与组成的内在关系.研究结果表明,页岩微观多孔黏土的弹性模量和硬度与黏土堆积密度正相关,当黏土堆积密度一定时,硬度与内聚系数的比值受摩擦系数影响较大,为非线性递增;通过量纲分析和有限元模拟,求解页岩微观多孔黏土关于硬度--强度--堆积密度的$\pi$函数,揭示页岩微观黏土矿物的组成与力学性质的关系,为进一步深入研究页岩细观强度参数和宏观强度预测奠定基础.      

室内伪卫星信号多径微观参数统计模型

针对伪卫星应用于室内定位多径微观参数传播特性未知的问题,综合考虑室内伪卫星信号体制特点及典型应用环境特征,结合已有的室内无线通信信号统计模型,提出了室内伪卫星信号多径微观参数理论模型。通过将室内典型环境下归纳统计得到的射线追踪确定性模型与理论模型相匹配,从仿真角度验证了理论模型的正确性。结果表明:多径延迟扩展模型符合瑞利分布,且多径延迟分布与伪卫星高度角相关;同时,伪卫星多径平均功率随延迟增加呈指数衰减。在办公区域中,多径生命周期覆盖0μs到0.3μs,且透射多径大多属于短寿命多径,长寿命多径分量属于反射多径。     

基于一类非局部宏-微观损伤模型的裂纹模拟

结合近场动力学和统一相场理论的基本思想,最近提出了一类非局部宏-微观损伤模型,为固体裂纹扩展模拟提供了新途径.本文在此基础上改进了微观损伤准则,并给出损伤的■语言以刻画固体破坏过程中位移场的不连续程度.在改进模型中,首先根据两物质点(即物质点对)之间的变形量,基于相对临界伸长量的历史最大超越程度,给出表征物质键性能退化的微细观损伤.进而,对影响域内的物质键损伤进行空间局部加权平均,获得宏观拓扑损伤.通过引入能量退化函数,建立基于能量的损伤与宏观拓扑损伤之间的关系,由此将其嵌入连续损伤力学基本框架,形成了问题求解的基本方程.该模型是一类非局部化模型,可采用有限单元法进行离散求解,避免了经典局部损伤力学所面临的网格敏感性问题.文中,进一步将其应用于具有强非线性回弹特性的裂纹扩展模拟问题.实例分析表明,本文方法不仅可以把握裂纹扩展模式,而且能够定量刻画裂纹扩展过程中的载荷-变形关系.最后指出了需要进一步研究的问题.     

基于激光诱导击穿光谱技术检测分析原铝中硅、铁元素含量

利用自行搭建的LIBS装置对原铝中硅铁含量进行了分析测试，测试前对原铝试样进行了微观形貌分析，研究发现原铝中硅元素除有个别区域聚团现象外，其分布相对较为均匀；铁元素多以团状汇聚形态出现，且无明显的分布规律。实验分别考察了激光脉冲能量对激光诱导原铝等离子体光谱的影响，发现随着激光脉冲能量的增大，硅、铁元素信噪比先增加后减小，硅、铁谱线信噪比最大值均出现在160 mJ处，实验选取的激光脉冲能量为160 mJ。在上述较为合理的实验条件下，以内标法为基础，分别采用两种标样（纯铝标样与自选标样）建立了定标模型；结果表明：相比于纯铝标准试样，采用自选试样建立的定标模型不够理想，且数据的离散程度较大，铁元素直线拟合优度仅为0.921 3，相对标准偏差也较大。采用纯铝标样时，在试样不旋转的情况下，硅、铁元素定标曲线拟合优度分别为0.961 1与0.974 1，相对标准偏差分别为8.85%与9.43%，且误差棒显示误差随定标试样的硅、铁含量升高而增大。当试样台保持转速50 r·min-1条件下进行实验，发现硅、铁元素定标曲线的拟合优度分别为0.978 5与0.988，相对标准偏差分别为3.78%与3.4%，相比于试样平台固定情况下的定标结果，拟合优度明显改善，相对标准偏差也有所降低，定标模型明显优于自选试样建立的模型。使用两种定标模型对25个测试样进行了分析测试，比较了两种测试结果的相对误差，纯铝定标试样由于含量梯度较大，跨度较宽，采用该标样建立的定标模型对低铁原铝试样测试适应性相对较差，而自选试样建立的定标模型虽然不够理想，但针对低铁原铝试样的测试适应性相对较好。对激光诱导原铝产生的等离子体进行了诊断，通过镁元素几条离子谱线的玻耳兹曼图，计算出了等离子体温度约为9 163.63 K，利用镁元素一条谱线的Stark展宽估算出等离子体电子密度为1.69×1017 cm-3，验证了激光诱导原铝等离子体处于局部热力学平衡状态的假设是成立的。     

WFeNiMo高熵合金动态力学行为及侵彻性能研究

为了探究不同应变速率下WFeNiMo高熵合金的变形行为和侵彻性能, 采用万能材料试验机、分离式霍普金森压杆开展了高熵合金的静动态力学性能试验, 讨论了其在不同应变速率下变形特征微观机制. 基于弹道枪试验平台开展了高熵合金与典型钨合金(93W-4.9Ni-2.1Fe,wt%)破片对有限厚钢靶侵彻作用性能试验研究, 分析了两种合金破片侵彻作用过程与靶板破坏特征、侵彻穿孔能量消耗与撞击速度间的关系. 结果表明: 高熵合金、钨合金材料屈服强度与应变率呈正相关, 且在相同的应变率下高熵合金具有更高的屈服强度; 随着应变率的提高, 高熵合金由脆性断裂、韧脆混合的准解理断裂发展至具有黏着特性的破碎变形模式; 高熵合金具有较强的局部绝热变形能力, 在侵彻薄钢靶时体现出较高的剪切敏感性; 相同撞击速度下, 高熵合金破片穿靶消耗的能量低于钨合金破片, 对于薄钢靶具有更强的侵彻穿透能力. 高熵合金具有优异的力学性能和侵彻能力, 在高速撞击薄靶板时除了传统的剪切冲塞作用还具有一定的能量释放特性, 在预制破片上有较好的应用前景.      

Ni(naph)_2/A1R_3/BF_3·OEt_2/DMEA/OctOH体系催化丁二烯配位聚合

在Ni(naph)2-AlR3-(BF3·OEt2)催化体系(简称Ni-Al-B)用于丁二烯(Bd)/己烷进行配位聚合体系中引入N,N-二甲基乙醇胺(DMEA)和辛醇(OctOH),研究了DMEA/Ni摩尔比、B/Ni摩尔比和Al/Ni摩尔比对Bd聚合转化率、聚丁二烯(PB)产物的特性黏数、分子量、分子量分布及微观结构的影响,进一步探讨聚合反应动力学.结果表明,在镍系催化丁二烯聚合体系中引入一定量的DMEA和OctOH后,可以提高顺-1,4微观结构含量至97.8%,降低1,2-微观结构含量至约1.3%,提高分子量,使分子量分布变窄,并降低凝胶含量.进一步通过调节B/Ni及Al/Ni摩尔比值,可得到[η]为2.0～4.0dL/g的高顺式PB.聚合速率对单体浓度呈现一级动力学关系,表观增长活化能为43.7kJ·mol-1。     

尼龙6/碳纤维微复合材料的界面微观力学

选用微球脱黏实验,在其基础上改进了制样方法,并分析了界面参数对界面微观力学性能的影响.结果显示,树脂微球脱黏时的力值Fmax随着纤维在树脂基体中的包埋长度le增大而以斜率k的趋势线性增大,截距为b;界面剪切强度τIF与le呈双曲线函数关系,随着le增大而增大,并最终趋向于一个极限值k′.此外,还讨论了不同的界面参数,如函数Fmax(le)的斜率k,截距b值,对函数Fmax(le)和τIF(le)的曲线分布的影响,以及试样形貌对实验数据分散性的影响。     

凝炼“高分子物理”本科教学内容的核

要较为深刻地认识聚合物,学习并掌握"高分子物理"课程是十分必要的。那么,在打基础的本科阶段,"高分子物理"究竟要教些什么?对此,本文提出"高分子物理"课程本科教学内容有其核心部分,即结构单元形成的长链因各种相互作用所呈现的不同微观结构和形态、外场作用下聚合物微观结构和形态的变化、宏观响应行为及其之间的关系。作者以为,采用涵盖基本内容的统编经典教材,授予学生一个基本的核和不断地自我学习的有效方法,可由此臻于对"高分子物理"较为深入的理解、恰当运用乃至于发扬光大。     

空心微球/网络复合型碳泡沫材料制备与机理分析

在Klett等人于2000年制备的韧带网络型碳泡沫和Bruneten等人在2002年制备了一种空心微球碳泡沫材料结构的基础上,分别经过微观结构优化、碳化、石墨化处理,制备出了一种空心微球/网络复合型碳泡沫材料.扫描电镜和体视显微镜测试结果显示网络韧带和球形空腔呈现明显的空间周期性.X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)图谱中,26°处的衍射峰表明该试样具有较高的石墨化特征.同时,对该材料的形成机理进行了分析. 关键词： 碳泡沫 微观结构优化 扫描电镜 X射线衍射     

A quasi-crystal model of collagen microstructure based on SHG microscopy

<正>Second harmonic generation(SHG) results from molecules which are polarized by an external electric field often provided by an intense laser beam.The polarizability depends on firstly the intrinsic structural properties of the substance and hence the second-order nonlinear susceptibility,and secondly the intensity and polarization direction of the incident light.The polarization characteristics of the beam are therefore of interest.In this letter,we discuss some considerations in SHG microscopy of collagen when the incoming beam is circularly polarized,and present some supporting results as well as a numerical analysis.We propose a quasi-crystal model of collagen microstructure in an effort to further our understanding on this protein.