水合物沉积物力学性质的实验装置和研究进展

天然气水合物是一种高效、洁净和储量巨大的新型能源,一般蕴含于砂岩、粘土以及其它土质的沉积物中.对水合物沉积物力学性质的实验研究,是水合物地层中基础稳定性分析和水合物开发评价重要的热点课题之一.本文首先介绍了水合物沉积物合成与分解实验、物性参数测量技术以及力学性质实验装置的主要组成部分和特点,然后介绍了目前国内外在水合物沉积物合成和分解及力学性质实验一体化装置和实验研究两个方面所取得的成果,最后指出在实验装置、测试技术和实验研究方面存在的问题以及今后研究的重点和方向.     

含天然气水合物土微观力学特性研究进展

天然气水合物作为一种资源储量大、分布范围广、能量密度高的清洁能源, 受到了国内外的广泛关注, 竞相研究安全高效、持续可控的开采方法. 充分掌握含天然气水合物土的力学特性并厘清其在开采过程中的动态演化规律, 是实现天然气水合物资源产业化开发的重要前提. 含天然气水合物土的力学响应行为本质上是其内部结构演化的宏观反映, 相关的微观力学特性研究对于深化含天然气水合物土力学特性认识具有重要的意义. 本文从天然气水合物晶体、天然气水合物与土颗粒界面、含天然气水合物土3个尺度对含天然气水合物土微观力学特性的研究现状进行了总结, 系统归纳了天然气水合物的晶体结构类型及天然气水合物的孔隙微观赋存模式; 重点介绍了计算机断层扫描、扫描电子显微镜、X射线衍射及原子力显微镜等微观测试技术原理与特点; 简述了与计算机断层扫描联用的三轴剪切实验、颗粒流程序模拟及分子动力学模拟在天然气水合物微观力学特性研究方面的最新进展; 综合现有研究结果对含天然气水合物土内颗粒界面剪切机理及微观力学理论模型进行了概述分析; 最后探讨了含天然气水合物土微观力学研究目前仍存在的不足与挑战, 并给出了针对性的建议以期促进含天然气水合物土的力学特性研究发展.      

动脉壁静脉态力学性质的实验

生命体材料的力学性质具有其特殊性和复杂性,因而,对其进行行学实验研究也具有从实验设计,实验方法到实验技术的特殊性和复杂性。     

碳纳米管的力学

在发现碳纳米管后不久,对于这些有趣结构的力学性质--包括高强度、高硬度、低密度和结构的完美性的理论预测,使人们认识到它们可能具有理想的科技应用价值.对这些预测的实验验证或个别验伪以及大量基于不同模型的计算机模拟方法,使得逾10年来对碳纳米管力学的理解日趋深入但远未达到尽头.本文回顾了理论预测,并对这种微小结构的观察和操作中经常用到的富有挑战性的实验技术进行了讨论.略述了采用的计算方法包括从头算法量子力学模拟、经典分子动力学和连续介质模型.多尺度和多物理模型的发展和模拟工具自然而然作为连接基础科学问题和工程应用的结果而出现,而这个主题仍然正在抓紧研究中.这里介绍了研究此主题的一些方法.注意力主要集中于研究力学性质的揭示方面,如杨氏模量、弯曲刚度、屈曲准则、拉伸和压缩强度.最后,讨论了利用这些性质的几个令人兴奋的应用例子,包括纳米绳束、填充的纳米管、纳米机电系统、纳米传感器和纳米管增强复合材料,引用了349篇参考文献. 图41参349     

水合物沉积物力学性质的研究现状

天然气水合物(简称水合物)是一些具有相对较低分子质量的气体如甲烷,二氧化碳、氮气等在一定温度和压力条件下与水形成的内含笼形孔隙的冰状晶体.天然气水合物沉积物(简称水合物沉积物)是指蕴含水合物的砂、黏土以及混和土等土质的沉积物质.主要从现场调查、室内试验和理论模型分析3个方面对甲烷水合物沉积物力学性质的研究现状做了介绍.在现场调查方面着重介绍水合物沉积物原位和调查船上的物性试验,并对原位带孔压测量的圆锥静力触探试验在水合物沉积物力学性质现场调查中的应用前景进行了阐述;在室内试验方面主要介绍了原状和人工合成的水合物沉积物的三轴试验结果,测定弹性参数的声波测试试验结果,天然气和水的含量及沉积物特性对水合物沉积物强度影响的试验结果,以及与水合物开采有关的水合物分解对水合物沉积物强度影响的室内试验和结果;在理论模型方面着重介绍了目前经常采用的几个模型的特点及应用范围.最后提出了今后在水合物沉积物力学性质研究方面应开展的工作重点及发展方向.      

密实度对含水合物土体力学特性的影响

利用项目团队搭建的含天然气水合物土水–力特性联合测试装置,通过富气法制备含天然气水合物沉积物试样,采用三轴压缩试验研究了密实度对含水合物土体的力学特性的影响规律。试验结果表明,密实度对含水合物土体的应力–应变曲线、刚度和强度存在显著影响;在低净围压下,高密实度含水合物土会出现应变软化现象,而中、低密实度含水合物土出现应变硬化现象,并且剪缩程度随着密实度的增加而降低;含水合物土体的刚度会随着密实度的增大而增强,这种增强效应会随着净围压的增加逐渐减弱;在密实度越高的情况下,胶结赋存模式的水合物越多,但剪切行为也会破碎更多的水合物,这两者行为共同影响了含水合物土体的强度。因此,含水合物土体在中密实度情况下的强度最高。

     

突出素质培养，改造理论力学实验

简单介绍了理论力学基础振动实验由演示型转为动手型以及开设提高实验课的必要性、具体实施方案及效果。     

石英砂粒径对水合物沉积物力学性质的影响

利用自主研发的水合物沉积物原位合成与力学性质测试的高压低温三轴仪,通过多级加荷的试验方法,以不同粒径的砂粒作为沉积物骨架进行三轴压缩试验,得到了剪切过程的应力-应变关系曲线,以及不同粒径尺寸沉积物的强度,还有剪切过程中的体积变化关系。结果表明:含水合物沉积物强度随着沉积物粒径尺寸的增大而增强;在降压剪切过程中,所有粒径的水合物沉积物式样均有明显的剪缩现象。     

动脉壁静态力学性质的实验

生命体材料的力学性质具有其特殊性和复杂性．因而,对其进行力学实验研究也具有从实验设计、实验方法到实验技术的特殊性和复杂性．本文详尽地研究了动脉壁三维静态力学实验的方法和技术：进行了四只白兔颈动脉的静态力学性质实验;得到了性态较好的实验结果     

第九届国际实验力学学术会议简介

１会议概况 国际实验力学学术会议（ＳＥＭ）是国际实验力学领域规模最大、涵盖领域最广、人数最多的国际性学术会议．该会议由国际实验力学学会主办,每４年举行一次．今年是第九届,于２０００年６月５日～８日在美国的佛罗里达的奥兰多 Ｆｌｏｒｉｄａ Ｏｒｌａｎｄｏ举行．参会人数３００多人,来自１５个国家,与会论文２５０多篇．我国留美学者和学生参会人数较多,我国学者参会人数为２人． 为了达到促进力学学科与工程学科和新兴学科的结合,促进力学学科的工程应用以及力学领域内的理论与实验相结合,本次实验力学会议同时还有两个…     

珍珠母的微结构与力学行为研究进展

珍珠母(nacre或mother-of-pearl)是软体动物贝壳内层的主要结构材料,具有优异的力学性能,已成为当前先进工程材料仿生设计和制备的研究热点.该生物材料具有完善的分级微结构,使其强度与韧性远高于组成这种材料的纯文石相.本文从珍珠母的微结构、实验研究以及力学模型3个方面对珍珠母的研究现状进行了概述,并指出目前研究中一些仍待解决的关键问题.      

复合材料力学性能研究的若干问题

本文简要评介了复合材料力学性能研究的若干问题,主要包括复合材料断裂性能参数与试样几何形状的相关性以及复合材料力学性能的温度、应变率的相关性。      

纯铝在单轴应力循环作用下棘轮行为的试验研究

对纯铝进行了单轴应变控制和应力控制下的系统循环试验。对纯铝应变循环下的循环应变幅值、应变幅值历史、平均应变对循环特性的影响进行了揭示，对纯铝在非对称应力循环下的应力幅值、平均应力及其历史对循环蠕变〈即棘轮〉的影响进行了分析，得到了纯铝单轴循环行为的一些有意义的结果。     

热障涂层力学性能的实验测试方法研究进展

涂层-基体体系作为高温热障防护结构被广泛应用于航空、航天、核反应堆等涡轮发动机叶片上, 主要作用是抵抗高温燃气, 保护基体材料. 在服役过程中, 涂层过早出现开裂、脱粘等失效行为直接影响发动机的安全性和可靠性. 长期以来, 热障涂层力学性能的实验测试方法是国内外研究者关注的重点. 首先分析了导致热障涂层失效的失配应力的来源, 重点介绍了热障涂层力学性能研究的实验测试方法、仪器和针对界面脱粘检测的红外热像技术, 接着概述了热障涂层寿命预测方法, 最后分析当前研究中存在的问题, 并对未来的发展的一些方向和有待于进一步研究的问题作了总结.     

SIMULATIONS OF MECHANICAL BEHAVIOR OF POLYCRYSTALLINE COPPER WITH NANO-TWINS

Mechanical behavior and microstructure evolution of polycrystalline copper with nano-twins were investigated in the present work by finite element simulations. The fracture of grain boundaries are described by a cohesive interface constitutive model based on the strain gradient plasticity theory. A systematic study of the strength and ductility for different grain sizes and twin lamellae distributions is performed. The results show that the material strength and ductility strongly depend on the grain size and the distribution of twin lamellae microstructures in the polycrystalline copper.     

纤维增强韧性基体界面力学行为

分析了纤维增强韧性基体的界面力学行为及其失效机理.按剪滞理论和应变硬化规律研究微复合材料的弹塑性变形和应力状态.讨论了幂硬化和线性硬化基体的弹塑性变形和界面应力分布,并给出纤维应力和位移的表达式.按最大剪应力强度理论建立了纤维/基体界面失效准则,推导出弹塑性界面失效的平均剪应力随纤维埋入长度的变化关系.     

连续油管井下力学行为模拟实验研究

连续油管作业系统在井下受力复杂,借助相关实验研究可为连续油管实际入井深度、连续油管屈曲、锁死及解除锁死等问题提供解决思路. 根据相关理论计算结果确定了合适的实验系统几何参数. 设计了实验台架,进行了不同规格模拟连续油管和不同弯曲段长度实验. 分析了屈曲、螺旋屈曲锁死、首端屈服等实验现象,提出了螺旋屈曲锁死的条件. 实验结果与理论计算结果吻合较好. 该实验为连续油管井下力学行为分析提供了依据.     

纺织结构复合材料的力学性能研究

从纺织几何学入手,通过对纺织结构复合材料细胞构型的分析,建立其刚度矩阵和本构关系,并结合纺织结构复合材料的损伤和演化规律分析,完整地描述纺织结构复合材料的力学特点.着重讨论物理概念和研究方法,以促进了解纺织复合材料的分析理论和它的工程应用.