页岩气高效开采的可压裂度和射孔簇间距预测

页岩储层的可压裂性是影响页岩气产量的关键因素. 本文基于断裂力学理论, 以高围压下岩石层理弱面的剪切破坏为主要研究对象, 依据岩石抗拉强度和层理弱面抗剪强度的比值关系, 首先提出了可压裂度的概念, 给出了无量纲的定性曲线图, 涵盖了岩石脆性矿物质含量, 粘性主导和韧性主导裂缝尖端流体压强、射孔簇分布间距的综合地质与工程因素. 接着提出了一种新的表征高围压下页岩可压裂度的无量纲参数, 在保证达到充分解吸附的最小压裂间距前提下, 依据该参数可计算水平井压裂中的射孔簇间距, 可作为工程参考指标. 本文将断裂力学理论结合水力压裂高效开采页岩气工程, 具有力学理论意义和工程应用前景.      

第八届全国周培源大学生力学竞赛团体赛总结

 2011年8月17$\sim$19日, 来自全国30所高校的150多名学生和30多名指导教师齐聚清华大 学, 参加第八届全国周培源大学生力学竞赛团体赛. 周培源大学生力学竞赛由教育部高等学 校力学教学指导委员会力学基础课程教学指导分委员会、中国力学学会和周培源基金会共同 主办, 《力学与实践》编委会承办, 中国力学学会教育、科普工作委员会和清华大学协办.     

Theoretical Strength of Face-Centred-Cubic Single Crystal Copper Based on a Continuum Model

The constitutive relation of single crystal copper based on atomistic potential is implemented to capture the nonlinear inter-atomic interactions. Uniaxial loading tests of single crystal copper with inter-atomic potential finite-element model are carried out to determine the corresponding ideal strength using the modified Born stability criteria. Dependence of the ideal strength on the crystallographic orientation is studied, and tension- compression asymmetry in ideal strength is also investigated. The results suggest that asymmetry for yielding strength of nano-materials may result from anisotropic character of crystal instability. Moreover, the results also reveal that the critical resolved shear stress in the direction of slip is not an accurate criterion for the ideal strength since it could not capture the dependence on the loading conditions and hydrostatic stress components for the ideal strength.     

剪切作用下Cu(100)扭转晶界塑性行为研究

本文采用分子动力学方法研究了在剪切载荷作用下,Cu(100)扭转晶界对Cu柱屈服强度的影响.模拟结果发现,在加载过程中,低角度扭转晶界形成的位错网发生位错形核与扩展,位错之间的塞积作用提高了Cu柱的屈服强度;对于高角度扭转晶界,晶界发生滑动降低了Cu柱的屈服强度.同时发现,随着扭转角度的增加,Cu柱的屈服强度先增大,当扭转角度大于临界角度时,Cu柱的屈服应力逐渐减小.这表明剪切载荷作用下,两种不同的机理主导Cu柱的屈服,对于小于临界角度的扭转晶界,Cu柱的屈服由晶界位错形核和扩展机理主导,对于大于临界角度 关键词： 扭转晶界 分子动力学 位错形核 晶界滑移     

Inhomogenous Dislocation Nucleation Based on Atom Potential in Hexagonal Noncentrosymmetric Crystal Sheet

By introducing internal degree, the deformation of hexagonal noncentrosymmetric crystal sheet can be described by the revised Cauchy-Born rule based on atomic potential. The instability criterion is deduced to investigate the inhomogeneous dislocation nucleation behavior of the crystal sheet under simple loading. The anisotropic characters of dislocation nucleation under uniaxial tension are studied by using the continuum method associated with the instability criterion. The results show a strong relationship between yield stress and crystal sheet chirality. The results also indicate that the instability criterion has sufficient ability to capture the dislocation nucleation site and expansion. To observe the internal dislocation phenomenon, the prediction of the dislocation nucleation site and expansion domain is illustrated by MD simulations. The developed method is another way to explain the dislocation nucleation phenomenon.     

心肌细胞大变形黏弹性模型及在实验中的应用

在衡量单个细胞力学行为的研究中,越来越多地采用结合实验的数值模拟方法. 在连续介质力学框架下,发展了一种新的心肌细胞本构模型,并与微管吮吸实验结合,探讨了心肌细胞的力学特性. 本构模型是对普遍使用的仅能用于小变形分析的标准线性固体模型的一种扩展,它将超弹性性能引入到黏弹性模型中,用以描述细胞的大变形黏弹性效应. 基于改进的本构模型,对心肌细胞微管吮吸实验过程进行了有限元模拟,并将计算结果与实验结果以及经典理论解进行了对比. 结果显示发展的本构模型适合细胞大变形问题的有限元数值模拟.      

基于点缺陷扩散理论与离散位错动力学耦合的位错攀移模型研究

位错的攀移运动对高温下晶体材料的塑性行为有重要影响,为了能够有效揭示攀移的物理本质及其对塑性行为的作用,本文基于点缺陷扩散理论,通过将体扩散和管扩散机理的共同作用与三维离散位错动力学耦合,建立了适用条件更广的位错攀移模型. 利用此模型我们模拟了单个及多个棱柱型位错环的收缩变形过程,发现影响位错攀移速率的决定因素不是传统理论认为的机械攀移力,而是位错周围(体扩散)及位错段上(管扩散)的空位浓度梯度. 该模型也能够完全重现棱柱型位错环群的粗化过程中不同位错环半径及晶体内平均空位浓度随时间变化的三个阶段. 关键词： 位错攀移 点缺陷扩散理论 位错动力学 棱柱位错环     

页岩气高效开采的力学问题与挑战

页岩气是指赋存于富含有机质泥页岩中以吸附和游离状态为主要存在方式的天然气,中国资源量丰富,地域分布广泛.页岩气开采能缓解我国常规油气产量不足、煤化石燃料引起环境污染等问题,已成为中国绿色能源开发的重要领域.尽管北美页岩气"革命"取得了成功,目前也仅有预期产量5%～15%的采收率.与北美地区相比,中国页岩气埋藏深,赋存条件差,自然丰度低,因此,高效开采面临更多的困难和挑战.近年来,围绕国家重大能源战略需求,瞄准技术发展前沿,学术界和工业界联合对页岩气高效开采的关键科学和技术问题展开研究.本文结合近三年四川、重庆地区的页岩气试验区块遇到的新问题,针对中国未来3 500 m以下深部开采的新挑战,如地质沉积、裂缝发育构造不同、上覆压力增加、水平应力场变化等新问题,介绍和总结了目前中国页岩气高效开采面临的力学科学问题,主要包括多重耦合下的安全优质钻完井力学理论和方法、水力压裂体积改造和多尺度缝网形成机制、多尺度渗流力学特性与解吸附机理等."深部页岩气高效开采"的研究面向国家重大能源需求,科学意义重大,工程背景明确,需要工程力学、石油工程、地球物理、化学工程和环境工程等多学科专家合作,开展理论研究、物理模拟、数值模拟及现场试验等综合应用基础研究,取得高效开采页岩油气理论与技术的突破.学科交叉是研究页岩气高效开采问题、突破技术瓶颈的桥梁,只有力学与石油工程、地球科学等学科实现深度交叉融合,才能更加有效地推动页岩油气等非常规油气资源的开发.     

高温SHPB实验温度修正的差分方法

将波在具有温度梯度的波导杆中运动的控制方程离散,利用差分格式编写程序,根据杆上任意一点的应变信号,计算出当波传到杆上其它任意点处的应变信号。设计实验,验证了该方法的正确性。此方法可应用于高温Hopkinson实验中,即:在波导杆上处于室温的某处粘贴应变片,由该应变片采集的应变信号,计算出试件与波导杆接触处的高温区的应变信号,利用此应变信号即可获得高温Hopkinson实验中试件的应力-应变关系。