晶体结构对螺栓声弹性应力测量的影响研究

以45#中碳钢为对象,通过不同的热处理工艺加工3种不同晶体结构的实验样品,分析不同晶体结构超声纵波和横波的声弹性效应。试验结果表明螺栓应力测量超声纵波灵敏度优于横波,材料晶体结构对声弹性的线性度以及重复性影响较大,并可通过增加应力强化循环次数进行改善,在制备的3种晶体材料中,以马氏体为主的中碳钢材料最适合于声弹性应力测试。

交流电磁场应力测量法在管道应力内检测中的应用

为解决管道本体应力集中区域的内检测问题,以交流电磁场应力测量法(ACSM)为依据,利用COMSOL Multiphysics有限元仿真建立石油管道电磁场二维仿真模型,分析管道表面磁场分布规律,研究ACSM法应力测量传感器结构和工艺参数对测量结果的影响。研制基于ACSM法的应力测量传感器,设计开发管道应力内检测系统,开展了静载拉伸应力测量试验研究以及现场牵拉试验。仿真模拟结果与应力测量传感器的实际测量结果相吻合,在被测试件弹性限度内,随着施加应力的增加,传感器的测量幅值呈正比增长态势;现场牵拉试验过程中,传感器幅值大小与施加应力大小存在较好的映射关系,对被检管道施加105 MPa应力时,传感器的差值电压幅值可达259 mV,整套系统在应力测量试验中运行良好,可有效识别应力集中区域。

引水钢岔管水压试验分布式应力测量

引水钢岔管的结构尺寸大、焊接工况复杂,且需要长期耐受6 MPa的水压,迫切需要一种分布式、高精度、高空间分辨率的应力测量技术,以便在水压试验中进行全方位的应力测量和结构健康评估。传统的点式应变片只能进行局部应力测量,且测量精度受制于防水措施、贴片工艺、温度变化等因素。为此,提出了一种基于光频域反射仪的引水钢岔管水压试验应力测量方法,采用沿焊缝布设的标准单模光纤作为传感器,测量空间分辨率达到5.8 cm,应力与水压力成线性关系并且沿焊缝存在0.2~0.6 m的周期性变化。月牙肋板焊缝的腰部应力最大,达到196.2 MPa;主锥环缝的应力在300 MPa附近;相贯线焊缝的应力呈180°对称分布,在腰线附近存在352.0 MPa的最大应力,顶部和底部基本不存在应力。

水平定向钻孔水压致裂地应力测量数值模拟分析

为解决水平钻孔水压致裂法在地应力测量中计算原理不明确的问题,以天山胜利隧道水平定向钻勘察项目为依托,首先构建基于原生裂隙法与多孔交汇法的水平孔围岩三维应力状态理论模型,并探讨其控制边界条件及计算方法;然后,通过与室内物理模型试验数据进行对比分析,验证理论模型的合理性;最后,构建水平孔水压致裂法地应力测量有限元模型,通过对比数值模拟、理论计算和室内试验结果,验证该有限元模型建模方法的可行性。结果表明:1)理论模型计算结果与室内物理模型试验记录数据接近,最大误差为6.8%,说明结合原生裂隙法与多孔交汇法构建的水平孔围岩应力状态理论模型可以适用于基于水平定向钻勘察的水压致裂法地应力计算;2)数值模拟结果与试验记录数据接近,最大误差为9.51%,说明采用Abaqus扩展有限元法(XFEM)结合嵌入式Cohesive单元的方法能够合理模拟真实水平孔水压致裂测量地应力的过程;3)理论模型计算结果与数值模拟结果的一致性较好,最大误差在允许范围内,验证了理论模型与有限元模拟方法的正确性、准确性和可靠性。

基于超声导波的螺栓轴向应力测量方法

风电叶片是风力发电机的核心部件,叶片螺栓不仅是承受复杂应力的零件,也是承受最高负载的零件。为避免螺栓断裂造成危险隐患和经济损失,设计了一种基于超声导波的在役螺栓轴向应力测量系统,可实现对多种型号螺栓轴向应力的精确测量。首先,通过数值计算得到超声导波群速度频散曲线,基于胡克定律和声弹性效应建立了螺栓轴向应力与超声导波声时的线性数学模型,并在COMSOL软件中通过仿真验证了单纵波换能器实现超声导波应力测量的有效性。然后,针对超声导波回波信号模态混叠以及实际测量中噪声对超声导波声时测量结果的干扰,利用基于回波补偿的降噪算法实现了对实际测量信号的降噪处理,并采用经验小波变换算法对超声导波回波信号进行了模态分解,利用互相关法得到超声导波模态的精确声时。最后,通过实验测试完成了18种型号的螺栓在30%~90%屈服强度内的轴向应力的精确测量,相对测量误差小于2%。研究结果有助于改进螺栓装配工艺以及规范工人操作流程。

基于应力测量和仿真的阀室管道沉降变形治理

天然气管道是陆上天然气运输的主要方式,在管道运行过程中,由于自然原因的影响,导致天然气管道阀室站内的埋地主管道及地上旁通管道支墩处发生不均匀沉降,会引发安全事故。为确保管道的安全运行,对阀室内的管道建立了模拟仿真模型,分析了应力的分布规律,并利用超声波应力无损测量技术测量了管道的轴向应力。结合应力模拟仿真结果和管道应力测量结果,确定应力集中危险点位置,制定开挖埋地主管道周围土壤的释放应力方案,在治理全过程中使用应变片测量管道轴向应力变化。通过适当去除地面管道约束和调整旁通管道倾斜度的方法,旁通管道的最大应力降低了22 MPa。结果表明,准确掌握埋地管道和旁通管道应力分布规律,针对性地开展应力释放措施和应力评价手段对确保埋地管道和旁通管道服役安全有重要工程价值。

水力压裂法地应力测量中的几个问题

回顾了应用水力压裂法测量地应力的基本原理。简要地分析了对水力压裂法地应力测量结果的可靠性影响较大的几个参数。最后,对水力压裂法在深部地应力测量中的应用及其在深钻孔地应力测量方面的发展前景也做了讨论,指出了今后深部地应力测量研究努力的方向。

ACSM法系统设计及铁磁构件应力测量研究

大型机械装备关键部件工况恶劣,易产生应力集中并导致发展为宏观缺陷。设计开发一套交变应力测量系统,系统包括测量传感器、DDS信号激励模块、信号调理模块、信号采集与处理模块。基于电磁理论设计优化U型磁轭传感器,依据互相关原理设计信号调理模块,并利用该系统对受载Q235钢进行应力测试。实验结果表明,ΔBx参量随激励电压有显著变化,当激励电压为5 V时,ΔBx变化较小,构件屈服后仅有10 mV变化,激励电压为19 V且载荷为300 MPa时ΔBx达到98 mV。构件在弹性阶段ΔBx与应力呈线性变化,屈服后迅速增大;ΔBz变化较小且规律复杂,不适宜对应力进行评估。结果表明该系统为铁磁构件的应力测量提供了一种有效的测试方法。

基于钻孔水压致裂法的西南山区某高速公路隧道地应力测量分析

对于隧道工程,地应力场分布规律对隧道围岩稳定性有至关重要的作用。本文基于云县至昔归高速公路忙东隧道工程,通过水压致裂法对忙东隧道的地应力进行测量,并分析了地应力的分布规律。研究表明,忙东隧道场地下部主要受水平应力主导。浅部地层处垂直主应力最大、最大水平主应力次之、最小水平主应力最小,属正断型;深部地层处最大水平主应力最大、垂直主应力次之、最小水平主应力最小,属走滑型。所测量范围,洞身范围最大水平主应力为9.28 MPa,最小水平主应力为6.60 MPa。工程区岩体原位抗拉强度约为10.19MPa(取平均值),经计算,在本测点的隧道洞身附近,地应力水平为一般地应力。

青藏高原腹地现今地应力测量与应力状态研究

青藏高原腹地现今构造活动强烈,为了解强烈构造活动下的应力背景,我们在五道梁、风火山、雁石坪和安多不同构造部位的四个测点采用压磁应力解除法进行了现场应力实测工作,测量深度12～2 0m .测量结果表明,最大主应力方向总体为北东向,与地质、地震以及大地测量等方面的研究成果基本吻合;最大主应力量值为3 6～6 8MPa(安多测点除外) ,与其他地区测量结果相比,属于中等偏高;安多测点最大主应力方向为北西西向,最大主应力量值为8 1MPa,与其他测点有较大差别,反映了板块缝合带附近现今应力状态的复杂性.

万福煤矿深部水压致裂地应力测量

为了克服煤田上覆冲击层厚度高达700m所造成的困难,保证超千米深部地应力测量的成功,对传统水压致裂法测量方法和设备进行改进,增加测量系统的耐压能力和测试系统的精度。在完成的7个钻孔、37个测点的现场实测中,6个钻孔的深度接近和超过1100m,最大测点深度为1105m,创造了我国水压致裂法测量地应力钻孔深度的新记录。通过实测,确定了矿区的地应力状态及其分布规律。研究结果表明,37个测点的最大水平主应力与垂直主应力的比值为1.441～3.224,平均为1.97,反映了矿区地应力场以水平应力为主导的特点。测量结果可为矿山建设和开采设计提供科学的依据。

潞安矿区井下地应力测量及分布规律研究

在山西潞安矿区的13个煤矿采用小孔径水压致裂地应力测量装置,完成了60个测点的原岩应力测量工作。实测数据表明:潞安矿区55%的测点最大水平主应力大于垂直主应力,由于受埋藏深度与地质构造影响,矿区内各矿地应力值差别较大,但地应力大小总体上属于中等地应力值;潞安矿区最大水平主应力方向从南到北变化较大,构造应力场呈现出多变的形态。在实测数据的基础上,绘制了潞安矿区地应力分布图;分析了地应力随埋藏深度的变化规律、平均水平主应力与垂直主应力的比值与埋藏深度的关系。煤矿井下地应力测量为井田开拓、巷道布置与支护设计等工程实践提供了可靠的基础参数,提高了工程设计的科学性、合理性与可靠性。

深孔空心包体法地应力测量仪及其应用实例

介绍用于深孔地应力测量的深孔空心包体法地应力测量仪的组成结构及辅助工具,并给出该仪器的应用实例。传统的应力解除仪器只适用于浅孔,不适用于深孔。深孔空心包体地应力测量仪将原来井上应变仪、井下空心包体应变计、电子罗盘等集成于一体,制成无电缆微型探头,测量时将微型探头安装到孔内预定位置进行测量。用该仪器在上海市浦东地震监测中心张江观测孔进行实际应用,获得365和385 m深处的三维地应力实测数据,测量结果显示张江观测孔最大主应力近水平,方向为近EW向,最大主应力值为8.5～9.0 MPa,最小主应力近于铅直,大小与上覆岩层压力相近。实测表明深孔空心包体地应力测量仪适用于深孔三维地应力测量。

水压致裂应力测量数据分析——对瞬时关闭压力p_s的常用判读方法讨论

在水压致裂应力测量压裂特征参数中,瞬时关闭压力ps是重要的研究内容,因为它不仅直接代表最小水平主应力,而且在计算最大水平主应力时,该值又是重要的参数。ps判读的准确性和可靠性直接关系到水压致裂应力测量结果的可靠性与精度。结合3个典型的水压致裂测试曲线,分析了单切线法、dp/dt方法、马斯卡特方法和dT/dP法4种常用判读关闭压力方法的取值特点和适用性。结果表明,该4种判读方法对于不同形态的水压致裂测试曲线不具有普遍适用性,因此,对不同形态的水压致裂测试曲线进行判读关闭压力时,所选取的判读方法也不同。对于岩石完整、原生裂隙及节理不发育、岩石结构致密的水压致裂压裂段,应选取以上4种方法中2种或2种以上方法进行判读瞬时关闭压力值;对于岩石完整性差、原生裂隙及节理较发育、岩石结构较破碎的水压致裂压裂段,为取得比较可靠有效的关闭压力值,建议用单切线法计算机自动取值和dp/dt方法所取的关闭压力值。

汶川M_S8.0级大震前后的水压致裂原地应力测量

在汶川M_s8.0级大震发生前一周,采用水压致裂技术在龙门山发震断裂带±400 m深度上测得的最大水平主应力值为21～22 MPa,与其附近下盘之差高达8～10 MPa.大震后的原地重复测量结果表明,发震断裂带上的最大、最小水平主应力值分别降低了29%和23%,而在下盘大震前后的地应力作用状况并无变化.测量结果分析表明,活动断裂带的地应力高值异常是圈定地震危险区的可靠依据,是强震孕育和发生的警示标志.

深部矿井地应力测量方法研究与应用

目前地应力测量方法有很多种,可分为力学法、地球物理法及地质构造信息法等。在分析各种测量方法特点的基础上,介绍适用于深部煤矿巷道的地应力快速测量方法——小孔径水压致裂地应力测量法,包括小孔径水压致裂地应力测量原理、测量装置的组成部分和技术特征。在我国煤矿典型的深部矿区——新汶矿区井下巷道中,完成9个测点的地应力测量。其中5个测点的埋深超过1000m,最深达1220m。测量结果表明,7个测点的最大水平主应力大于垂直主应力;最大水平主应力高达42.1 MPa;最大水平主应力与垂直主应力的比值为1.004～1.550;新汶矿区超过1 000 m深井地应力以水平应力为主,最大水平主应力方向主要集中在N3°E～N43.5°W。通过井下实测,确定出所测区域地应力状态及其分布规律。同时证明,小孔径水压致裂地应力测量法可为深部矿井提供有效、快速的地应力测量手段,为深部巷道布置和支护设计优化提供可靠的基础参数。

郯庐断裂带山东段深孔地应力测量及其现今活动性分析

已有的地表调查和GPS位移测量、深部震源机制等研究结果表明,郯庐断裂山东段现今活动性表现为顺时针压扭性活动特征。为揭示郯庐(郯城-庐江)断裂带山东段地表和深部之间地壳浅表层日本大地震发生后的现今地应力状态和活动特征,在鲁东北部花岗岩地区开展了600 m的钻探工程与地应力测量工作。钻探岩芯编录初步揭示地壳浅表层岩体结构特征,随深度系统的地应力测量结果表明,现今水平主应力起主导作用,易于断层走滑作用发生,且现今最大水平主应力方向为近东西向,反映出郯庐断裂带山东段现今活动特征为压性兼右旋走滑,与地表和深部已有研究成果相吻合。研究成果为郯庐断裂带山东段现今活动性研究补充了新的资料。

地应力测量方法综述

通过回顾地应力测量的起源及发展历程,对地应力测量方法进行了归类分析,明确了各种方法的基本原理、优缺点及应用范围;同时,对地应力测量的最新发展趋势以及目前我国在地应力测量方面面临的问题与挑战进行了剖析.研究成果对于采用较好的地应力测量方法以提高地应力测量精度无疑具有重要的指导意义.

汶川地震后沿龙门山裂断带原地应力测量初步结果

2008年5月12日在中国四川省西部汶川发生Ms8.0地震,震中位于青藏东缘龙门山断裂带。地震发生后的4个月,沿龙门山断裂带中南段开展了原地应力测量,获得了3个测点的应力大小和方向。在3个测孔中浅部采用压磁应力解除法,深部采用水压致裂法。浅部测量结果显示,位于震中区映秀测点,水平最大主应力值为4.3MPa,最大主应力方向为N19°E;宝兴测点位于震中区西南的龙门山断裂带南段,汶川地震没有导致该段地表破裂,该点获得的水平最大主应力值为9.8MPa,最大主应力方向为N51°W;位于龙门山断裂带最西南端的康定测点,水平最大主应力值为2.6MPa,最大主应力方向为N39°E。利用水压致裂法对各钻孔100～400m深度进行了应力测量,获得了应力随深度变化趋势和应力状态。与震前其它应力测量结果和中国其它地区表层地应力测量结果比较,龙门山断裂带西南段处于相对高应力水平,震中区仍处于中等应力水平。这项研究成果将为评价龙门山断裂带余震和今后强震发展趋势提供关键构造物理参数。

红透山铜矿地应力测量及其分布规律研究

红透山铜矿是国内最深的金属矿山之一,岩爆灾害具有典型性。为了解矿区应力状态及分布特征,开展了应力实测工作,应用空心包体应力解除法进行应力测量。通过现场实测获得该矿区 5 个中段 8 个测点的三维应力状态,最大主应力方向为 NNW～NW,最大主应力值随深度基本呈线形增大,且-767 m 中段不同部位应力值有所变化,最大主应力值可达 50 MPa 左右。