封隔器分段式胶筒密封结构研究

为了提高封隔器的密封性能,将常规封隔器胶筒改进为分段式胶筒,并基于有限元仿真分析软件对封隔器坐封过程进行模拟;分析了在20MPa坐封载荷下,常规胶筒和新型胶筒与套管壁间、中心管间的接触应力分布规律、胶筒Mises应力变化规律和剪切应力变化规律,以及胶筒硬度对新型胶筒力学性能的影响规律。分析结果表明:新型胶筒与套管壁间最大接触应力比常规胶筒提高了47.19%,平均接触应力提高了20.71%,密封系数提高了2.31%;新型胶筒与中心管壁间最大接触应力比常规胶筒提高了23.30%,平均接触应力提高了7.61%,密封系数提高了6.99%;新型胶筒Mises应力为14.89MPa,小于常规胶筒的Mises应力(20.30MPa),新型胶筒剪切应力为6.24MPa,小于常规胶筒的剪切应力(9.49MPa)。该新型胶筒增加了胶筒与套管壁、中心管壁间的接触应力和密封系数,降低了胶筒的Mises应力和剪切应力,提高了封隔器胶筒的密封性能和使用寿命。     

封隔器胶筒表面形貌对密封性能影响研究

水平井分段压裂是目前低渗油气藏增产的主要措施之一,压裂封隔器是分段压裂时层与层之间封隔的关键工具,其封隔性能直接影响压裂施工工艺的施工质量和成功率。由于受到深井地层高温、高压等恶劣环境的影响,封隔器胶筒坐封后与套管间的接触应力、Mises应力直接影响其封隔能力和使用寿命。本文通过改变封隔器胶筒表面圆弧半径R、圆弧顶距胶筒表面距离δ、波纹间隙ΔH等参数来研究胶筒与套管间接触应力情况,结果表明:与常规封隔器胶筒相比,改进的封隔器胶筒与套管的最大接触应力提高了1.64倍~3.97倍;圆弧半径为1.25mm,波纹间隙为0.5mm的改进胶筒Mises应力降低了约11%。这不仅保证了封隔器密封可靠性,而且降低了胶筒被撕裂的风险。表面轮廓为波纹状的封隔器胶筒可广泛运用于水平井分段压裂工艺中。     

高温下橡胶应力松弛行为对封隔器密封性能的影响研究

由于橡胶材料的温度特性和时间特性,封隔器胶筒的密封性能自坐封成功后是不断衰减的。本文对大芦湖东部某井的Y344压缩式封隔器氟橡胶胶筒材料进行高温下的样本单轴拉伸试验和应力松弛试验。根据试验结果拟合相应的超弹性本构模型和黏弹性本构模型,并建立Y344压缩式封隔器的有限元模型进行仿真分析。结果表明:橡胶材料高温下的应力松弛导致胶筒的最大剪切应力、最大接触应力、线压和面压均有不同程度的下降,导致封隔器的密封性能和密封可靠性下降。因此,在考虑封隔器胶筒密封性能时,有必要考虑胶筒橡胶材料应力松弛行为带来的影响。     

弹性梁间接触压力规律的研究

本文对不同刚度、不同长度、不同支承条件下的两根梁,在任意外载作用下的接触压力规律进行了研究,并导出有关接触压力规律的四个定理,分析了几个实例,对其中一个例子进行实验验证. ...     

高温高压下扩张式封隔器胶筒非线性流动仿真计算

针对井下温度压力环境下扩张式封隔器的工作状态,本文建立了卡距内管柱及封隔器力学模型,采用网格重划分方法来描述胶筒在环空间隙中的非线性流动,并将重划分前后的网格信息进行映射,解决了封隔器有限元方程矩阵奇异问题。对不同压裂泵压、不同井温和不同环空间隙下封隔器胶筒的位移、剪切应力及接触压力进行仿真计算。压裂泵压为30 MPa～80 MPa时,胶筒未发生轴向窜动,橡胶基体的剪切应力及接触压力随着压裂泵压的增加而增大;井温为25℃～175℃时,胶筒基体剪切应力随井温的升高而增大,胶筒与套管间接触压力随井温升高而降低;胶筒与套管环空间隙为2.5 mm～9.5 mm,胶筒剪切应力随间隙增加而增大,胶筒与套管接触压力随间隙增加而降低。通过胶筒网格变形可知,胶筒橡胶在环空间隙中产生非线性流动是引起胶筒剪切应力数值增大、接触压力数值降低的根本原因。综上可得,在压裂作业中,随着压裂泵压的增大、井温的升高和环空间隙的增大,封隔器胶筒更容易发生剪切撕裂破坏,且封隔器的密封效果亦降低。     

考虑摩擦时梁的接触压力研究

本文考虑了摩擦对梁的接触压力的影响.在小变形时将梁的接触面上摩擦力当作轴力处理,得到相应的解.     

一种新型的接触压力传感器

利用碳材料的压阻效应,研制开发了一种新型的接触压力传感元件碳膜压力传感器,可以直接用它来定量测量两接触体间的接触压力．文中对接触压力传感器的压力电阻（σ－ΔＲ／Ｒ）关系进行了标定,测定了铁基形状记忆合金管接头与被连接管间的接触压力．经与光力学一有限元数值分析混合法结果进行比较后表明;这种新型的碳膜式接触压力传感器性能稳定,操作简便     

汽车玻璃高温蠕变特性的实验与理论研究

通过对汽车用挡风玻璃进行不同温度、不同应力水平下的单轴拉伸蠕变实验,揭示了其非线性蠕变变形特性.实验发现,不同温度和载荷下的蠕变曲线形状类似,高温(550℃～590℃)下该材料的减速蠕变变形不很明显,主要表现为稳态和加速蠕变变形,且其断裂数据符合Monkman-Grant关系,应力和温度对其影响不显著.基于实验结果,本文建立了非线性高温蠕变本构方程.理论预测与实验数据进行了比较,结果表明所提出的本构方程能较好地描述汽车玻璃高温蠕变变形的全过程.     

高温下岩石SEM实时实验研究

首次利用带扫描电镜的高温疲劳试验机等目前最先进的实验手段,高温下实时观测了温度变化对石灰岩微结构的影响,有效地避免了由于岩石的热膨胀是不可逆的,它会受加温历史的影响,加热时的特性和冷却后的特性差异较大的影响．发现试样在升温过程很少发现热裂纹,但在冷却过程中反而易出现较多的微裂纹,认为是石灰岩在冷却过程中产生的残余应力所致．     

奥氏体不锈钢高温循环棘轮行为的实验研究

对两种不锈钢材料（316L和304）进行了高温应力控制下的系统循环试验。对该类材料在应力循环下的平均应力、应力幅值及其历史对循环蠕变（棘轮效应）的影响进行了分析,同时也分析了环境温度的变化以及先前应变循环对后继应力循环的棘轮行为的影响。研究表明,两种不锈钢材料在高温非对称循环下的单轴棘轮行为基本相同,不但依赖于当前温度和加载状态,而且还依赖于先前加载历史。研究得到了不锈钢材料高温单轴循环棘轮行为的一些有意义的结果。     

高温下钢管自密实混凝土界面接触热阻试验研究

钢管混凝土结构的火灾性能研究通常要考虑钢管和混凝土的界面接触热阻问题,本文对钢管自密实混凝土柱的界面接触热阻进行了试验研究。制作了8个钢管自密实混凝土柱,依据Fourier定律和Newton冷却定律得到了钢管混凝土界面接触热阻的求解方法。利用有限元和多项式拟合外推得到界面温度,得出钢管混凝土接触热阻随着钢管界面温度的变化规律。试验结果表明,未受载的钢管自密实混凝土界面接触热阻平均值范围在0.002~0.01m2·K/W,与其他文献结果相比有一定可靠性。     

涂层厚度对喷涂层疲劳磨损寿命影响的实验研究

采用等离子喷涂制备了不同厚度的铁基涂层,采用扫描电子显微镜（SEM）表征了涂层内部和结合界面处的微观结构,采用球盘式疲劳磨损试验机分别考察了不同厚度涂层的疲劳磨损行为,采用Weibull分布分析并对比了涂层的疲劳磨损寿命。结果表明：适当地增加喷涂层的厚度可以避免整层分层失效的发生,而从在整体上提升涂层的疲劳磨损寿命。采用有限元分析（FEM）研究了涂层内部的应力分布,发现厚涂层界面剪切应力值不足薄涂层界面剪切应力的二分之一,可见显著降低界面剪切应力是较厚涂层拥有更好疲劳性能的主因。     

高应力高水压下砂岩三轴蠕变特性试验研究

对砂岩进行高围压高水压条件下的三轴压缩蠕变试验。试验表明,在整个加载过程中,孔隙水压力主要起到增强轴向变形和横向变形的作用;但在加载的初始阶段,孔隙水压力在一定程度上抑制了轴向变形。当应力水平高于屈服应力时,横向蠕变速率明显大于轴向蠕变速率,且横向蠕变率先进入加速蠕变阶段。本文提出一个新的非线性黏性元件,并引入一个能判断是否进入加速蠕变阶段的计时器元件,组建一个非线性黏塑性加速蠕变启动模型,将该黏塑性模型与Burgers模型串联,构建一个新的非线性黏弹塑性蠕变模型,推导了该模型在常规三轴应力状态下的本构方程。基于试验结果,通过对非线性优化算法(BFGS)的Matlab编程,实现对本文提出蠕变模型的参数识别,识别效果比较理想。对比试验曲线与拟合曲线,二者相当吻合,验证了新提出的非线性黏弹塑性蠕变模型的正确性。     

磁头/磁盘滑动接触下磁盘温度及热退磁临界条件的研究

采用二维轴对称有限元模型计算磁头/磁盘滑动接触下,铝质磁盘的稳态温度和热应力场以及热退磁临界条件.结果表明:磁盘温度在极短时间内升至摩擦稳态值,然后缓慢线性升高到最终稳态值;经过充分热传导和热交换后磁盘的温度梯度较小,此时磁层内的热应力集中分布于磁盘固定端边缘附近;磁盘的稳态温度和热应力均随速度增大而增大,且载荷越大其值增大越快;热应力小于1.2 GPa时所对应的速度和载荷为安全工况;温升大于373 K时所对应的工况将导致磁盘退磁.     

高层建设风压试验研究

通过缩尺比为１：３００的模型风洞测压试验,研究了在１６个来流风向下某高层建筑表面的风压分布,结合当地的气象风速资料,给出了５０年重现期风速下的最大风荷载分布,为该建筑的设计提供了风荷载依据。     

多晶纯钛在高应变率不同温度下的拉伸力学行为实验研究

利用MTS809和自行研制的旋转盘冲击拉伸试验机,对多晶纯钛进行了应变率为0.001s-1和300s-1、温度为298K至973K的拉伸试验和应变率为300 s-1不同温度下的冲击拉伸复元试验,得到了多晶纯钛的拉伸应力应变曲线和高应变率等温应力应变曲线。试验结果表明,多晶纯钛的拉伸力学行为具有应变率和温度相关性。采用修正的Johnson-Cook模型进行数值拟合,结果表明,该本构模型能较好地表征多晶纯钛在试验应变率和温度范围内的拉伸力学行为。     

温度对炭黑填充橡胶复合材料力学性能影响的实验研究

采用岛津万能试验机对天然与丁苯共混橡胶(NSBR)试件进行不同温度下多步松弛循环加卸载实验和单向拉伸加卸载循环实验，对比两者的宏观力学响应，并研究温度对炭黑填充复合材料力学性能的影响．结果表明：(1)随着温度的升高，未填充橡胶逐渐变“硬”，而炭黑填充橡胶是“先变软后变硬”．(2)随着温度的升高，橡胶的迟滞损耗呈线性减小．(3)比较单向拉伸和应力松弛平衡点的应力应变曲线，填充橡胶“先变软后变硬”的温度转折点不同，这是由于应力松弛过程基本消除了粘弹性效应．     

新型固定器治疗胫骨骨折的生物力学特性实验研究

研制和开发了一种治疗胫骨骨折的新型固定器—骨内外联合固定器，本文利用电阻应变技术，对其固定胫骨骨折的生物力学性能对比带锁髓内针进行轴向压缩、弯曲和扭转实验的研究，为临床应用提供了理论依据，实验结果表明骨内外联合固定器的生物力学性能优于带锁髓内针。     

接触共振频率与摩擦噪声频率之间关系的试验研究

在金属往复滑动试验机上用2种尺寸不同和结构略有差别的球-平面摩擦副系统,对接触共振与摩擦噪声的相关性进行了试验研究.结果表明:摩擦系统的接触共振频率非常接近于摩擦噪声频率,两者相对误差不大于2%~5%.对发生尖叫噪声的磨痕形貌进行SEM扫描电镜分析发现:摩擦噪声的发生与摩擦过程中微凸体之间的锤击相互作用有着密切的联系,通过接触共振试验可以辨识实际滑动摩擦系统中最容易发生摩擦噪声的模态频率.