层裂

摘要： 激波在自由面卸载后金属内部经常出现层裂现象。若金属内层裂区再次受到冲击加载,则处于拉伸稀疏状态下的金属会逐渐被再次压实为密实介质,直至层裂区消失、再压实过程完成。由于金属层裂区初始拉伸状态的复杂性及再压实后物质状态的不确定性,复杂加载情况下宏观模拟该问题的可靠性验证存在困难。目前,在实验诊断难以准确给出金属层裂区进入再压实过程的初始状态及再压实状态的情况下,具有层裂区内部细节描述能力的直接数值模拟成为了验证宏观模拟可靠性的一种有效手段。首先,在直接数值模拟建模中将金属层裂区初始拉伸状态建模为仅含层裂片、仅含孔洞、同时含有孔洞与层裂片3类情况。然后,通过不同孔隙度、再压实速率、层裂片数及孔洞数下的直接数值模拟,统计得到了对应工况下金属层裂区的再压实状态。最后,在保证直接模拟与宏观模拟具有良好可比性的情况下,对层裂再压实过程进行了宏观建模及模拟分析。分析认为:在宏观网格断裂后处理算法使用全应力置零和温度不变的情况下,宏观模拟能够较好地模拟稀疏区内含层裂片情况下的金属层裂再压实过程及再压实状态;若金属层裂区内部以仅含孔洞的初始状态进入再压实过程,则无论孔洞塌缩是否形成界面喷射,宏观模拟均无法较好模拟该层裂再压实过程及再压实状态。

摘要： 使用超高速摄像机测试法对试件破坏过程进行全面观察,采用加载方式开展劈裂试验。在精确控制层裂发生时间和位置的基础上,提高混凝土材料拉伸强度的可靠性和稳定性。结果表明:采用DIC方法,在动态劈裂试验中,获得的临界应变率达到了10 s^(-1);在层裂试验中,获得的层裂拉伸强度应变率达到了10~100 s^(-1);在线性拟合法下,斜率较劈裂试验结果较高,混凝土拉伸强度所对应的增强因子超过5。

摘要： 本文通过对柱壳状高纯铜进行一系列的滑移爆轰实验,研究了晶界对柱壳状高纯铜初期层裂过程的影响。利用多普勒探针系统(DPS)测量了受冲击样品的自由表面速度曲线。通过光学显微镜和电子背散射衍射(EBSD)技术对软回收的样品进行了表征,具体研究了微观结构如晶界、晶体取向等对层裂行为的影响。结果表明,柱壳状高纯铜在层裂过程中形变孪晶临界应力会增大;晶粒取向(TF值)和晶界与径向冲击应力方向的夹角共同决定了层裂损伤的形核位置;孔洞容易在垂直于径向冲击应力方向的晶界处形核。与之前平板飞片冲击实验和平板滑移爆轰实验的结果相比,本滑移爆轰实验中高纯铜在晶界处形核的孔洞数量存在较大差异,这是由柱壳状试样自身的几何曲率和滑移爆轰加载过程中冲击应力方向与晶界之间的倾角引起的。

摘要： 层裂损伤是材料动态损伤破坏研究中最重要的问题之一,其损伤特性和机制随加载应变率不同表现出明显的阶段性规律。超高应变率条件下材料层裂损伤特性、规律和机制研究已成为极端条件下材料动态响应研究的重要内容,在工程应用和基础研究领域均有重要意义。采用飞秒激光驱动冲击加载技术开展了超高应变率条件下铝材料的层裂损伤实验研究,利用啁啾频域干涉超快诊断方法对铝材料的层裂损伤过程进行了诊断,分析并获得了在10^(9)s^(−1)应变率条件下铝材料的层裂强度约为7 GPa,结合前人的研究数据,解读了铝材料层裂强度随应变率的变化规律。

摘要： 基于有限元-光滑粒子流体动力学(FEM-SPH)自适应算法,采用有限元软件LS-DYNA对动能块超高速碰撞多层防护结构的毁伤特性进行了数值模拟,并结合量纲分析方法,分析了动能块的质量和撞击速度对多层防护结构穿孔特性的影响。结果表明:保持其他参数不变,在所研究的质量和撞击速度范围内,所有的动能块均可以穿透全部17层铝合金板,并在靶后形成碎片云,在撞击过程中动能块和铝合金板内部出现层裂现象;第1层铝合金板的穿孔直径随着动能块质量的增大近似呈幂函数增大,拟合误差在5%以内;第2层铝合金板的穿孔直径随着撞击速度的提升也呈幂函数增大,拟合误差在10%以内;碎片云的头部速度随着撞击速度的提升近似呈线性增大。研究结果可为后期分析靶后碎片云的质量与速度分布、建立冲击载荷模型奠定基础。

摘要： 针对船用钢材料在超高应变率下的动态响应机制及变形强化机理尚不明确的技术基础问题,通过一维平板撞击试验测得了10,20及30 GPa撞击压力下E36船用钢的自由表面速率−时间曲线,计算得到了E36船用钢的Hugoniot弹性极限和层裂强度,利用ANSYS软件模拟了不同撞击压力下的温度场;并采用SEM、TEM等技术研究了E36船用钢在高压撞击下的损伤演化规律和变形强化机理.试验结果表明:不同撞击压力下材料均发生了层裂,毁伤机理为微孔和微裂纹形核、长大和聚合;随着撞击压力的增加,E36船用钢的Hugoniot弹性极限变化不大,层裂强度逐渐增加,相变强化、位错强化和孪晶强化是E36船用钢在高压、高应变率下的主要强化机制.

摘要： 对平面冲击加载下延性金属钽的层裂行为开展了数值模拟研究.利用AUTODYN软件中的Lagrange与SPH求解模块,考察了3种本构模型Johnson-Cook、Steinberg-Cochran-Guinan与Zerilli-Armstrong的模拟结果,结合实验数据对模拟结果进行了验证;在此基础上,通过改变撞击速度与飞片厚度,获得了不同应变率下的自由面速度曲线,分析了不同应变率下的层裂特性.结果表明:在2.31×104～5.40×104 s?1应变率范围内,SPH求解器结合Steinberg-Cochran-Guinan本构模型的结果与实验数据具有较好的一致性;金属钽的层裂强度随拉伸应变率的增加而增大,在对数坐标系下近似呈线性关系;不同层裂强度计算方法得到的结果差异可达8％;随着拉伸应变率的增加,自由面速度回跳速率随之增长.最后,对自由面速度曲线中的特征参量的物理意义进行了解读.

摘要： 为了实现斜波加载,设计了一种"钉床型"广义波阻抗梯度飞片,即在基座上密排叠加许多小圆锥,简称"钉床型"飞片.该飞片采用激光选区熔化金属增材制造技术进行制备.利用一级轻气炮加载装置和全光纤激光位移干涉测试系统,开展不同工况下"钉床型"飞片高速击靶压缩实验和层裂实验,重点讨论小圆锥高度和撞击速度对斜波压缩加载波形的影响规律,以及斜波加载对不锈钢靶板层裂特性的影响.实验结果显示:(1)"钉床型"飞片对靶板产生的压缩是逐步的,从自由面速度剖面上观察到压缩波上升前沿时间被显著延长,形成了斜波波阵面,明显不同于冲击压缩的陡峭波阵面;(2)在飞片击靶速度近似恒定条件下,斜波波阵面的上升沿时间、平台速度峰值都明显依赖于"钉床型"飞片上的小圆锥高度,随着小圆锥高度增大,上升沿时间呈线性增大,而平台速度峰值呈线性减小;(3)在"钉床型"飞片的几何尺寸保持不变的条件下,斜波波阵面的上升沿时间随着飞片击靶速度的增大而线性减小,平台速度峰值则线性增大;(4)与冲击加载相比,"钉床型"飞片产生的斜波加载不会对材料的层裂强度产生明显影响,但对材料内部损伤演化速率有一定的影响.

摘要： 强冲击下金属材料的动力学过程及其内在的机理分析一直是冲击物理的前沿,无论是在国家基础工程还是尖端武器研制中都具有重要的意义与价值.结合课题组的相关工作,综述了国内外冲击物理领域对金属材料在强冲击作用下动态损伤和破坏行为及其机理等问题的研究进展,重点讨论了金属材料内部及表界面微观结构对损伤破坏机制的影响,介绍了复杂加载条件下材料行为研究的机遇与挑战,并展望了下一步研究工作的重点.

摘要： 铁的α?ε相变是金属高压相变研究领域的经典范例,随着测试技术的进步,其相变机制与动力学研究不断深入,基于激光加载的原位X射线观察结合非平衡分子动力学模拟研究是解决该问题最有效的手段之一.为此,综述了铁在动态载荷下塑性与相变的原子模拟研究进展,综合分析了铁的高压势函数,平面应变加载下晶体的各向异性、冲击强度、应变率、应变梯度、各种初始晶体缺陷等对铁相变机制的影响,以及铁的相变与层裂,同时报道了铁在非平面加载下响应规律研究的最新进展,最后进行了归纳总结和展望.

摘要： 对非一维应变冲击波作用下延性金属高纯无氧铜的层裂进行了研究.实验在一级轻气炮上开展,利用小直径飞片撞击大直径样品时的边界稀疏效应实现非一维应变状态.采用多点DPS 测量样品自由面不同位置的速度剖面,对软回收样品的损伤特征进行了金相分析和表征,并对实验进行了二维数值模拟分析.计算得到的自由面速度剖面及损伤分布特征和实验吻合较好,分析了加载波型和应力状态对损伤分布及局部化特征的影响.结果表明,冲击波形状、应力应变状态对损伤演化、层裂特性均有重要影响.

摘要： 采用强激光辐照加载技术和激光速度干涉(VISAR)测试技术,对纳米晶体铜薄膜的层裂特性进行实验测量和分析。基于VISAR实测的自由面速度波形,计算得到纳米晶体铜薄膜在超高拉伸应变率下的层裂强度高达3GPa,明显高于多晶铜的层裂强度,其原因归咎于纳米晶体材料中存在的大量晶界阻碍了位错运动.

摘要： 本文利用大直径Hopkinson 压杆作为实验设备,通过试件后面的吸收杆应变波形分析了钢纤维增强混凝土材料(SFRC)的层裂特征。实验结果表明,钢纤维混凝土的层裂强度与钢纤维含量、混凝土压缩强度以及加载速率有关,并给出了经验公式。和素混凝土相比,钢纤维混凝土具有更高的层裂强度和更好的阻止损伤演化和裂纹扩展的能力。高速摄影结果指出,钢纤维混凝土层裂时,层裂段的飞离是由于陷在层裂段中应力波的动量效应,而且在层裂段中不易出现再次层裂的现象。这些现象和相同加载条件下素混凝土的层裂破坏有明显差别,说明钢纤维可以很好的提高混凝土抗层裂能力,其结论对相关的数值模拟和防护工程设计有重要意义。

摘要： 采用激光速度干涉仪(VISAR)和X光联合测试技术,在冲击压力远高于相变应力加载下,实验研究低相变阈值金属FeMnNi合金的相变层裂特性,结果发现等厚对称碰撞加载下FeMnNi合金出现"反常"的层裂行为.针对该"反常"的层裂行为,利用塑性波、相变波、稀疏波和逆相变引发的稀疏冲击波的相互作用过程进行分析,结果表明,该实验状态下FeMnNi合金样品存在相变和逆相变行为,逆相变引发的稀疏冲击波是导致"反常"层裂行为的主要因素.

摘要： 本文将VG损伤模型推广到二维情况,考虑了最大主应力方向对损伤演化的影响,并使用显式断裂算法对20钢管在GI-920炸药滑移爆轰驱动下层裂的问题进行二维数值模拟,分析了一维内爆和滑移爆轰两种加载方式下作用于钢管外表面的压力及钢管内部受力状态的区别,考察了滑移爆轰加载方式下钢管外表面的受力随炸药厚度变化的规律,进而研究了钢管内损伤的分布和演化,以及裂纹的产生和扩展现象.计算得到的层裂片初始厚度随炸药厚度的变化规律与实验结果符合较好.

摘要： 从干压平瓦熟坯层裂现象及检测分析其对应生坯各区密实度入手,分析了坯体及其对应熟坯层裂的必然原因,提出了坯体各部非等密实度是造成坯体素烧层裂的必然因素.实现非等静压的干压成型工艺生产等密实度瓦坯体的必要条件是实现模套内等厚填料这一理论.对瓦形局部进行改造,制作了能进行等厚填料的干压瓦新型模具及新型填料器.

摘要： 为了缩短弹射座椅穿盖时间,提高飞行员安全逃生的成功率,提出了微爆索(简称MDC)破裂系统在航空穿盖弹射救生系统中应用。本文对铅管六硝基芪微爆索,以两种不同方式粘贴在舱盖的内表面破碎舱盖的过程进行计算机模拟.采用三维动态非线性显式有限元程序LS-DYNA3D,选择ALE算法模拟高能炸药起爆后表现出来的流体特性,定义自动面对面接触类型实现炸药与舱盖流固耦合作用,使用连续损伤动力学材料模型模拟有机玻璃在爆炸冲击波作用下的损伤行为,并伴随层裂现象。数值模拟得到了一定的装药量对应的舱盖切割深度,与我们平板元件实验实测得到的结果基本吻合.并且微爆索布置方式对切割效果没有影响。因此,元件试验可用米指导舱盖透明件试验,减少透明件试验次数,降低试验成本.

摘要： 本文采用Chu-Needleman形核模型,对文献[2]中Thissell等人的"两种不同10100 Cu(＞99.99％Cu)的平板冲击实验"进行了数值模拟.数值计算结果和实验观测结果的对比分析显示,两者定性符合:①两种材料间自由面速度VISAR"回拉"信号波形和早期损伤形态等方面的差别比较明显；②在临界冲击条件下(低速冲击),晶粒尺寸大的材料(Hitachi),其层裂强度要高50％左右,并且随着冲击压力的提高,两种材料间层裂强度差异有减小的趋势；③微孔洞形核对早期层裂样品中孔隙度分布的影响是决定性的,造成两种材料间层裂强度差异的根本原因是,两种材料的二相粒子特性差异引起微孔洞的形核机理明显不同.

摘要： 本文利用有限元数值分析对混凝土Hopkinson一维拉伸层裂实验进行了探讨,计算采用了Holmquist-Johnson-Cook混凝土本构模型；结果显示:试件截面的应力分布是均匀的,只要在一维拉伸层裂试验中将加载压力脉冲很好地控制在一定范围内,可以将应力波传播过程作稳定不衰减的近似处理,方便地得到混凝土材料的动态抗拉强度参数。

摘要： 为了提高航空人/椅救生系统穿盖的成功率和降低飞机复杂性,提出了微爆索(简称MDC)线性切割技术在弹射穿盖系统中的应用.设计了一系列不同类型的微爆索,首先对航空有机玻璃(简称PMMA)平板元件的切割过程进行了试验研究,确定了微爆索的金属药型罩材质、炸药类型和装药线密度的范围.观测了层裂现象,得到了切割深度与装药量之间的关系.为了验证,采用非线性动态分析程序LS-DYNA对切割过程进行了计算机模拟.在有限元分析中,选择ALE算法模拟高能炸药起爆后表现出来的流体特性,仅仅滑移接触类型被定义来实现炸药与PMMA流固耦合作用,使用连续损伤动力学材料模型模拟有机玻璃在爆炸冲击波作用下的损伤行为,并伴随有层裂现象.数值模拟得到了PMMA的切割深度与装药线密度之间的关系,与实验测试到的结果基本吻合.为爆炸切割技术应用于航空救生系统提供更科学的依据.

摘要： 本发明提供一种开孔泡沫水泥压裂液及其制备方法和利用其构筑压裂储层的方法，开孔泡沫水泥压裂液制备：步骤1，按开孔泡沫水泥压裂液总质量的百分比计，将30％‑40％水泥、45％‑55％砂子、0.5％‑2％的减水剂与9％‑12％水混合，得到水泥浆；步骤2，在水泥浆中加入1％～3％发泡剂，通入气体，控制气体速率为0.5‑2.0mL/50cm3·min，搅拌得到开孔泡沫水泥压裂液。构筑压裂储层的方法：将开孔泡沫水泥压裂液压入地层；压裂结束后，持续通入气体并关井实现开孔泡沫水泥压裂液固化，形成开孔泡沫储层。本发明开孔泡沫水泥压裂液在压裂后固化得到开孔泡沫水泥，具有全方位的连通孔道，能够保障较高的油气渗流能力。

摘要： 本发明公开了一种页岩储层多级压裂水平井压裂参数的确定方法及装置，属于石油工业完井工程技术领域。该方法包括获取地质参数的实际值、水平段长度的实际值、压裂参数的施工范围、粒子群参数的实际值和测试产量模型，根据压裂参数的施工范围，确定压裂参数的上边界值和下边界值；根据地质参数的实际值、水平段长度的实际值、压裂参数的上边界值和下边界值，通过测试产量模型，确定测试产量的最大值，并进一步确定页岩储层多级压裂水平井的压裂参数。相较于相关技术，该方法将地质参数、水平段长度、压裂参数和测试产量进行了非线性拟合，使得预测的压裂参数综合考虑了各种地质参数，提高了压裂参数在页岩储层的适用性和准确性。

摘要： 本发明提供了一种用于储层脉冲压裂的压裂液前置液及其应用。所述前置液包括如下重量份成分：0～0.12份HPG羟丙基瓜胶、1～2份KCl、12～26份脉冲压裂组合物和100份水；所述脉冲压裂组合物包括至少一种在酸性条件下能够释放气体的化学试剂、以及至少一种缓释酸；所述在酸性条件下能够释放气体的化学试剂和所述缓释酸的质量比例为11：2至22：10。该技术使压裂液具有二次造缝的特点，在压裂前置液中增加一种可延迟释放能量的化学剂，该试剂特点是可以控制化学剂发生反应，延迟释放能量，按照现场压裂工艺设计要求，控制前置液的泵送速率和施工压力，压裂过程中，化学剂可随着前置液遭缝。

摘要： 本发明公开一种基于岩心实验的储层可压裂性评价及压裂方案设计方法，对加工成三轴压裂实验用标准圆柱状岩心进行三轴压裂实验，得到岩石抗压强度及应力－应变曲线，完成岩心的人工压裂；采集岩心压后裂缝图像；分析岩心压后裂缝复杂度和强度，用三轴抗压标准强度Ss表征；分析岩心压后裂缝延伸能力，用裂缝延展度FEi表征；计算岩心压后应变能密度；基于裂缝延展度FEi和压后应变能密度计算岩心综合可压裂性指数；根据岩心压后裂缝延伸能力、岩心强度、岩心压后应变能密度、岩心综合可压裂性指数进行所述待研究区压裂方案设计；可与岩石物理参数结合建立测井可压裂性评价新模型，可为现有泊－杨法及脆性矿物法等岩石可压裂性分析方法提供建模和刻度的依据。

摘要： 本发明公开了一种基于水力压裂的特厚煤层高位夹矸层的网络化预裂技术，包括下列步骤：对综放工作面顶煤结构进行观测；确定综放工作面顶煤压裂参数；对综放工作面顶煤进行压裂钻孔施工及开槽；对综放工作面压裂钻孔进行钻孔封孔；对综放工作面顶煤进行高压水力压裂；以及对综放工作面水力压裂效果分析；其中对综放工作面顶煤进行压裂钻孔施工及开槽步骤包括：在综放工作面顶煤开设多个垂直于工作面的顶面的压裂钻孔；在轨道顺槽顶面和运输顺槽顶面处开设多个向工作面偏转一个角度的压裂钻孔；及在压裂钻孔位于高位夹矸层内部分开设多个横向切槽。借此，可使得煤层中的高位厚硬夹矸层预裂破碎，实现夹矸层上部煤层的有效开采，降低资源的浪费。

摘要： 本发明提供了一种水平井重复压裂选层及压裂方式的选取方法，步骤S1：在油藏内部选取待测水平井和待评价井，对待测水平井的产液剖面进行测井得到测井数据；步骤S2：根据测井数据计算待测水平井的油层地质参数和岩石力学参数；步骤S3：对待测水平井的初次压裂的有效性进行分析；步骤S4：对影响产能的主要因素进行分析；步骤S5：拟合待评价井的产液剖面的计算公式；步骤S6：计算待评价井的各个压裂段的产液贡献百分比和采收率；步骤S7：对待评价井的各个压裂段进行重复压裂的潜力进行评价；步骤S8：对待评价井的各个压裂段进行重复压裂的方式进行评价。本发明解决了现有技术中压裂方式存在无针对性、成本高的问题。

摘要： 本发明公开了一种页岩储层水平井暂堵压裂多裂缝竞争起裂预测方法，包括：建立由天然裂缝‑水力裂缝‑岩石基质组成的页岩储层二维水力压裂裂缝扩展模型；基于水力压裂扩展模型分析页岩储层水力压裂多裂缝竞争起裂机制及缝网扩展的影响因素，分析得出多裂缝起裂顺序、缝网扩展复杂程度与储层地应力差值、裂缝簇间距及主裂缝簇数量之间的关系，利用该模型可得出不同应力条件下，射孔簇数、射孔簇间距最优设计值，用以指导现场暂堵压裂方案设计，根据预期裂缝形态，求出裂缝扩展长度、深度及缝网有效改造体积，进而确定压裂施工参数。

摘要： 本发明涉及一种基于储层双甜点可压裂性三维展布的压裂风险评估方法，包括：根据单井测井地质数据，通过归一化得到地质甜点数据体，以建立区块可压裂性三维地质模型；根据单井分层数据，计算得到可压裂性三维数据体；将所述区块可压裂性三维地质模型进行网格划分，在所述网格内插值所述可压裂性三维数据体；沿着横向切剖插值后的所述区块可压裂性三维地质模型，以得到不同深度下各储层的压裂风险平面分布。该方法可以准确的划分压裂层段的断层和水层可遇风险，有效的指导压裂设计规避风险。

摘要： 本发明公开了一种用于冲击载荷作用下结构层裂与多重层裂模拟预测的新方法，属于材料与结构破坏仿真技术领域。建立结构实体模型，赋予各区域材料参数，用物质点集离散结构；基于点关联近场范围确定键关联近场范围，定义键关联非局部变形梯度张量，建立键关联力矢量状态和近场动力学强形式方程，极大突破原非常规态型近场动力学的精度和稳定性局限；构建弹塑性损伤本构更新算法；设置初始条件与边界条件，采用Verlet算法实时更新物质点位置和速度，用断键准则描述结构损伤开裂，开展层裂位置、层裂厚度、层裂时间分析。本发明能够稳定精确地实现冲击载荷作用下结构层裂与多重层裂问题的预测。

摘要： 本发明公开了一种用于冲击载荷作用下结构层裂与多重层裂模拟预测的新方法，属于材料与结构破坏仿真技术领域。建立结构实体模型，赋予各区域材料参数，用物质点集离散结构；基于点关联近场范围确定键关联近场范围，定义键关联非局部变形梯度张量，建立键关联力矢量状态和近场动力学强形式方程，极大突破原非常规态型近场动力学的精度和稳定性局限；构建弹塑性损伤本构更新算法；设置初始条件与边界条件，采用Verlet算法实时更新物质点位置和速度，用断键准则描述结构损伤开裂，开展层裂位置、层裂厚度、层裂时间分析。本发明能够稳定精确地实现冲击载荷作用下结构层裂与多重层裂问题的预测。