改进的非定常Bingham岩石蠕变模型及参数辨识

传统Bingham模型适用于描述蠕变的前两个阶段,为了更加准确地描述岩体蠕变的三个阶段,本文提出了一种改进的非定常Bingham蠕变模型,并推导出其蠕变本构方程．该模型在传统Bingham模型的基础上串联一个非定常黏壶元件,并考虑岩体弹性模量及原有黏壶元件蠕变参数的非定常化．基于该模型对泥岩的蠕变试验曲线进行拟合及参数辨识,结果表明该模型具有较高的拟合精度,可以准确地描述泥岩蠕变的三个阶段,并实现了在数值软件中的应用,为实际工程提供了一种简单有效的蠕变本构模型．     

A three‐dimensional contact algorithm for sliding surfaces

This paper describes a model for sliding contact between materials. This has been embodied in a contact algorithm which has been incorporated into a three‐dimensional, time‐dependent, staggered mesh, finite element Lagrangian code. We first present an overview of the code and then describe the model underpinning the contact algorithm. The stages of the algorithm are then described and finally, results are presented for a number of different problems. Copyright © 2003 John Wiley & Sons, Ltd.     

Real-time numerical calculation for penetration depth of projectiles into concrete targets

Based on the acceleration data measured by penetration experiments with ogive-nose projectiles into semi-infinite concrete targets, a fuzzy method which can calculate the real-time penetration depth was developed. In the proposed method, the whole process of penetration was divided into three stages according to the instantaneous velocity, and each stage was described by different models. By judging the calculation error, threshold velocities between stages were automatically determined. Meanwhile, the striking velocity of the penetration process was calculated using the acceleration in whole trajectory. The calculated values by model are in reasonably good agreement with the measured data from experiments.     

机械结合面切向接触阻尼计算模型

针对两粗糙表面在法向力和切向力共同作用下相互接触时结合面切向阻尼的问题进行了研究。首先,根据KE模型对单个微凸体在弹性、弹塑性、塑性变形阶段的切向接触行为进行了分析,获得了微凸体在三个变形阶段的黏滑特性;然后,基于GW统计模型建立了一种在微凸体法向弹性、弹塑性和塑性变形机制基础上,考虑微凸体黏滑摩擦行为的机械结合面切向接触阻尼统计模型;最后,分别讨论了机械结合面的法向预载荷、切向激振频率和切向动态位移幅值对机械结合面切向阻尼的影响。研究表明:结合面切向接触阻尼系数随着结合面法向载荷的增大而增大,随着切向激振频率和切向动态位移幅值的增大而减小;在高频率、大幅值下,结合面切向接触阻尼系数几乎与动态位移幅值和激振频率无关。为了验证模型的准确性,构建了动态切向力作用下的结合面切向阻尼试验,其试验结果与理论仿真变化规律与量级基本一致,从而证明了本文所提出的切向阻尼模型的有效性。      

等径通道挤压过程三维有限元模拟

利用三维有限元模型对等径通道挤压过程中变形分布的不均匀性进行了模拟,通过对不同摩擦系数下截面等效塑性应变分布比较发现:沿三个方向截面上的变形分布都不是均匀的,这说明二维有限元模型不能真实模拟等径通道挤压过程中试样中的变形分布。此外,摩擦对等效塑性应变分布及挤压力的影响较大,截面变形不均匀参数和最大等效塑性应变出现的位置随摩擦系数的增大而变化。压力-位移曲线的变化可以结合试样的变形过程来解释。     

油气在持续热壁下热着火发生的数值模拟

为了对油气在持续热壁下热着火发生过程进行数值模拟,耦合化学动力学模型、流体动力学模型及辐射传热模型,建立了油气热着火的统一模型。基于实验工况,模拟了受限空间中油气在持续热壁条件下热着火发生过程,并分析了温度、压力流场的演变特征,以及不同位置处温度、压力、层流速度、湍流速度和组分质量分数的变化曲线。通过模拟,发现油气热着火过程存在3个阶段,分别为加热初始阶段、加热中间阶段和热着火发生阶段。不同阶段存在的主要原因是化学反应和流动的主导作用不同。     

基于Weibull分布的盐岩分数阶蠕变本构模型研究

采用流变程控仪对湖北江汉油田盐岩试样进行了三轴蠕变实验。基于Weibull随机分布获得岩石损伤变量随加载时间的变化形式,构建了变黏性系数Abel粘壶本构关系。基于分数阶微分理论,采用将变黏性系数Abel粘壶替代西原正夫模型中Newton粘壶的方法,建立了盐岩蠕变损伤本构模型,并采用最小二乘法拟合获得了该本构模型中的参数。通过拟合曲线对比发现,本文提出的盐岩分数阶蠕变本构模型在描述盐岩的蠕变全过程,尤其是加速蠕变过程中具有较明显的优势,并且验证了西元正夫模型为本文所提出的本构模型的一个特例。     

The Three-Stage Model Based on Strain Strength Distribution for the Tensile Failure Process of Rock and Concrete Materials

A three-stage model is introduced to describe the tensile failure process of rock and concrete materials.Failure of the material is defined to contain three stages in the model,which include elastic deformation stage,body damage stage and localization damage stage.The failure mode change from uniform body damage to localization damage is expressed.The heterogeneity of material is described with strain strength distribution.The fracture factor and intact factor,defined as the distribution function of strain strength,are used to express the fracture state in the failure process.And the distributive parameters can be determined through the experimental stress-strain curve.     

弹体高速入水特性实验研究

进行了速度在35～160 m/s的平头、卵形和截卵形弹体入水实验,利用高速相机记录了弹体入水和空泡扩展的详细过程,得到了3种弹体在入水初期的水中弹道轨迹和空泡形状,并比较分析了弹体头部形状对入水弹道稳定性的影响.结果表明,平头弹体在水中飞行有良好的弹道稳定性,截卵形弹体往往由于受力不均衡在入水后期发生偏转,卵形弹体则在...     

粘塑性损伤模型模拟准超塑性单轴拉伸行为

发展了Chaboche粘塑性本构模型的大变形隐式算法，用损伤(DM)和无损伤(NDM)模型模拟准超塑性单轴拉伸。发现变形过程可分为三个阶段：均匀变形、颈缩发展、断裂破坏阶段。DM可准确模拟前两个阶段变形，NDM只能较好地模拟均匀变形阶段，表明DM可以较精确地描述稳定发展的动态过程。由于有限元方法只能描述连续介质，因此对于断裂破坏阶段，NDM模拟载荷大于试验结果，DM的载荷小于试验结果，这是由高应变速率敏感性造成。DM能够描述试验中出现地多处颈缩现象，局部应变速率分布随时间演化反映了颈缩发展程度。严重颈缩部位的距离代表着超塑性变形能力，距离越大，抗颈缩能力越好。     

隧道及地下工程的基本问题及其研究进展1）

作为隧道及地下工程学科的3个基本问题,隧道围岩稳定性、支护--围岩相互作用和结构体系的动力响应一直都是本学科研究的核心问题,本文围绕上述问题重点分析了隧道围岩力学特性及其载荷效应,建立了深浅层围岩结构力学模型,并通过分析深层围岩中结构层稳定性得到了围岩特性曲线的解析公式,提出了围岩结构性特点及载荷效应的计算方法;通过对隧道支护与围岩作用关系的分析,将支护与围岩的动态作用分为4个阶段：即自由变形、超前支护、初期支护和二次衬砌阶段.由此提出了动态作用全过程的描述方法;基于广义与狭义载荷的理念,提出隧道支护具有调动和协助围岩承载基本功能的观点,明确了两种功能的实现方式,即通过围岩加固、超前加固及锚杆支护实现调动围岩承载,通过支护结构协助围岩承载;针对复杂的隧道支护结构体系,提出了多目标、分阶段协同作用动态优化概念,可使各种支护结构的施作实现时间和空间上的协调,提高可靠性;针对极不稳定的复杂隧道围岩的安全性特点,建立了3种模式的安全事故机理模型,基于工程响应特点提出了安全性分级的新理念,并形成了分级指标体系和分级方法;针对水下隧道及富水围岩条件,建立了3种模式的隧道突涌水机理模型,提出了基于围岩变形控制的安全性控制理论和方法.最后,对本学科发展的热点和核心问题进行了分析和展望.     

疲劳裂纹扩展曲线的正交多项式与三参数指数函数拟合法

回顾了疲劳裂纹扩展a -N曲线的拟合方法。对三参数幂函数拟合方法进行了改进 ,这种方法避免了原方法搜索范围受局限的特点 ;提出了两种新的a-N曲线拟合方法 :正交多项式法和指数函数法 ,并给出了参数估计算法。正交多项式法拟合a -N曲线 ,其相关系数随最高次数的增加而提高 ,指数函数法比改进三参数幂函数拟合精度高 ;指数函数法与正交多项式法相比 ,各个参数具有更为明确的物理意义     

IMPROVED BINGHAM RHEOLOGICAL MODEL AND ITS PARAMETER IDENTIFICATION

传统宾汉姆流变模型不适于描述岩石蠕变的非线性衰减和加速阶段.本文提出一种非线性的改进模型,引入作用函数表征衰减蠕变阶段,引入非线性黏性元件与传统模型串联表征岩石的加速蠕变阶段.通过对绿片岩和砂岩蠕变实验数据进行非线性拟合得到模型参数,与实验曲线的对比分析表明了改进的效果及改进模型的合理性.     

Numerical Simulation of the Tube Flow of a Mixture with Chemical Reactions and Condensation

The results of calculating a model of a direct-flow chemical vapor-deposition reactor are presented. The phase- formation stages are considered over a wide time range. This makes it possible to identify different flow structures in which interference between the heat and mass transfer and chemical condensation processes occurs.     

A Condensation Heating Model for Evaluating Early-Period SAGD Performance

In SAGD, it is important to obtain steam chamber conformance along the horizontal wellbore to shorten the ramp-up time and maximize economics. However, reservoir heterogeneity, wellbore undulation, and operation conditions make it hard to achieve this objective. This paper proposes a new method using a condensation temperature model to evaluate the steam chamber conformance of early-period SAGD by interpreting temperature falloff data. The initial temperature distribution of the model is categorized into three zones: a hot-zone of steam temperature, a cold-zone of reservoir temperature, and a transition-zone from steam temperature to reservoir temperature. All three zones are assumed to have circular shapes. This assumption is valid since the model focuses on the early stages of SAGD. The model takes into account the steam condensation on the chamber edge during shut-in, thereby being able to calculate the condensation-front (chamber edge) movement. A semi-analytical approach is developed to solve this model. Sensitivity analysis indicates that the sizes of the steam zone and transition zone, the observing location, and the thermal diffusivity of the formation directly affect the temperature behavior. The synthetic case study shows that the temperature falloffs from the condensation model and from simulation are in good agreement and suggests that the condensation model has the potential to estimate the chamber size during the early stages of SAGD, if calibrated to the field data. Because of the ready-to-use temperature data and the semi-analytic solution, the condensation model proposed in this paper can provide a quick and reliable estimation of the steam chamber size to help the engineers monitor and optimize the chamber development thereafter.     

高效复合射孔技术

高效复合射孔技术将传统的单纯射孔分成三个阶段作业 ,即射孔、清堵造缝、裂缝延伸 ,这三项作业分别由三个独立装药来完成。简要介绍了高效复合射孔技术装药结构和工作原理 ,强调了油层孔道内随进装药二次爆炸的优点及作用。     

电流变液体黏性变化趋势的试验研究

以微观试验和流变性能试验为手段，分别研究零电场下和在电场作用下的电流变液体黏性变化规律．研究结果表明：零电场下电流变液体的黏性与Krieger-Dougherty公式具有很好的拟合效果，其中逾渗临界值强依赖于悬浮液体中固体颗粒的性质并随工作温度变化．在电场作用下，电流变悬浮液体的黏度随剪切速率的变化规律分为3个阶段：即呈线性的启动段、非线性的幂定律模型流动段和宾汉模型流动段．研究结果为电流变效应工程应用提供依据．     

基于改进西原模型巷道围岩流变参数反演分析

当应力达到一定水平时,岩石经过衰减和稳定蠕变过程之后会发生加速蠕变破坏,但是传统西原体模型无法更有效地反映该加速蠕变阶段。为了解决这一问题,引入一个非线性流变元件,并将其串联在西原体模型上,组成一个新的六元件模型,该模型可充分反映岩石蠕变的三个阶段。基于改进的西原体模型本构方程,应用Laplace变换,得到了盾构圆形巷道围岩的径向位移变化规律;根据巷道围岩收敛变形现场实测数据,反演得到了岩石黏弹塑性蠕变参数;由巷道围岩径向位移计算结果和实测数据对比分析表明:两者吻合较好;当t ≤25 d时,巷道围岩处于加速变形阶段,其径向位移变化速率随时间的增长而不断增加,当t>25 d时,巷道围岩进入稳定变形阶段,随时间的推移,其径向围岩位移变化速率逐渐趋于稳定。     

基于有限元-时域分段自适应算法的围岩衬砌耦合渐进分析

以开挖时间、一衬时间、二衬时间划分时间区段,考虑围岩与衬砌为弹性/粘弹性介质,将围岩的“位移/应力释放不完全”、开挖等影响模拟为载荷的渐进释放,提出一个有限元-时域分段自适应算法,求解围岩衬砌耦合问题,并通过数值算例对算法进行了验证。所提方法给出了各时间区段的关联条件;可更准确描述各变量随时间的变化;同时将原时空耦合问题转化为一系列空间问题,并利用有限元方法递推求解;当步长变化时可通过自适应计算保证稳定的计算精度。此外,还建立了一个载荷渐进参数的反问题数值求解模型,并给出了相关算例。     

Final stages of bubble collapse

The process of soap-bubble collapse is studied using a high-speed videocamera. Nine successive photographs of a collapsing bubble obtained in one experiment are presented. The final stages of collapse are analyzed using the model proposed, which allows for an analytical solution. Quantitative agreement between the experimental and theoretical results is achieved.