新型排水用轴向中空壁聚氯乙烯埋地管力学性能试验及数值分析

为了研究埋地轴向中空壁塑料排水管的变形与力学响应特性,以便充分利用材料与结构性能,基于模型箱试验,获得埋地管道受到土荷载、地面荷载和管土相互作用下管道及其管周土体的力学及其变形特性;基于ABAQUS有限元分析管截面在埋地外压、排水内压及两者组合作用下的应力和变形特性,建立管道的基本力学参数在砂箱试验与真实埋地条件下的换算关系,提出边界效应修正计算公式。研究结果表明:土柱法+分布角法适用于计算地面静荷载作用下埋地结构壁管道的管顶竖向压力,荷载扩散角宜取30°~35°;在地面静荷载作用下,管道径向变形计算方法中Spangler-Iowa公式偏保守,AWWA M23规范计算结果与试验结果较吻合,而考虑准永久值系数会导致变形计算结果偏小;在埋土外压作用下,管腰位置内壁易发生受压破坏;排水时,管顶位置内壁易发生受拉破坏;内外壁起主要承载作用,受力较大;中间筋主要起连接作用,受力时应力以中性轴为零点向两侧呈梯度增加;本文提出的边界效应修正计算公式是准确可行的。研究成果可为轴向中空壁塑料管等柔性埋地管道的结构设计、力学和损伤失效分析提供参考。

多场耦合作用下纤维混凝土性能劣化研究综述

实际工程中的混凝土服役结构并不仅处于单一因素作用下,至少存在两种及以上的环境因素对其产生影响,多种因素对混凝土的劣化作用不是简单的叠加,而是存在相互耦合关系。掺入纤维可使得混凝土的阻裂增韧强度性能提高,限制了混凝土的裂缝,提高了混凝土性能。研究纤维混凝土在实际多场耦合环境作用下的性能变化规律,可充分识别纤维混凝土的应用潜质,为进一步工程应用提供依据。通过国内外研究成果总结了目前对于纤维混凝土在多场耦合作用下的时变和空间损伤最新研究状况,指出了研究存在的缺口与不足,提出了可进一步研究的方向,为系统全面地认识纤维混凝土的力学、耐久性能仍需进行的研究提供思路。

1344吡啶羧酸配体构筑的Cu(Ⅱ)-MOFs及其染料吸附降解性能

为探究不同反应条件对MOFs微观结构和宏观性能的影响,在不同反应条件下,以硫酸铜(CuSO_(4)·5H_(2)O)和6-(吡啶-3′-基)间苯二甲酸(H_(2)L)为材料,制备了2种金属有机框架材料(MOFs){[Cu_(2)(L)_(2)·C _(2) H _(3) N]}n(1)和{[Cu(HL)_(2)]}n(2),并对合成的金属有机框架材料1和2进行了结构分析、TGA和FTIR表征以及对染料的吸附性能研究。单晶衍射数据分析表明:配合物1和2都属单斜晶系,P 21/c空间群。配合物1是一种基于双核轮桨次级构筑单元[Cu_(2)(COO)_(4)]构筑的三维紧密堆积化合物,配合物2由于配体部分质子化,结构中存在氢键[O_(3)—H…O_(4)],将二维层状网络结构连接成三维结构。配合物1是rtl拓扑类型的网络结构,拓扑符号为(42.610.83);配合物2是sql拓扑类型的网络结构,拓扑符号为(4^(4).6^(2))。2种配合物在相同时间间隔下对不同染料降解性能表明配合物2对水溶液中的孔雀石绿具有一定的化学吸附降解能力。

压裂工况下近井筒地应力及套管载荷分布规律研究

为了研究水力压裂工况下套管损坏机理及套管载荷影响因素,开展了储层岩石力学参数测试,建立了套管-水泥环-地层-裂缝的多场耦合有限元分析模型,分析了水力压裂扩展时近井筒地应力及套管载荷的分布规律及影响因素。研究结果表明,储层中天然裂缝的存在引起水力裂缝的非均匀扩展,套管承受非均匀载荷;当储层地应力差增加、弹性模量降低时,近井筒地应力及套管载荷增加;天然裂缝数量及天然裂缝分布形态对近井筒地应力及套管载荷的影响较为复杂。研究结果为页岩储层优化固井设计及压裂设计、减少套管损坏问题提供了理论依据。

准分布FBG钢绞线对混凝土梁预应力损失的监测

预应力损失是预应力构件设计及张拉施工的关键参数,同时也决定构件服役时的受力状态。然而,目前沿构件全长的预应力损失分布基本是依据理论公式和工程经验获得,难以通过实测求证。针对这一难题,提出将多点准分布FBG耦合于混凝土梁中预应力钢绞线中心丝的技术,并进行实验,以探求预应力损失影响规律及其沿构件全长的分布。实验结果表明:相比准确率低、失效概率大的应变片,多点准分布FBG存活率为100%,监测数据有良好的线性度,可实现预应力损失及其分布的监测。FBG对短期预应力损失的监测值与规范推荐的理论值变化规律一致:离张拉端距离越大,σ′l1越大而σ′l2越小,但监测数据整体比规范值少2%~10%。孔道形状对短期预应力损失影响较大,对长期预应力损失影响较小:直线孔道梁中短期预应力损失占总损失的40%~50%,短期损失率约为6%,曲线型孔道梁中其值分别为70%~73%及13%;直线孔道梁中长期预应力损失占总损失的50%~60%,长期损失率约为8%,而曲线型孔道梁中其值分别为27%~30%及6%。对总预应力损失而言,直线型孔道各测点其值小于曲线型孔道,前者总损失率约为14%,短期和长期预应力损失各半,而后者总损失率约为19%,并以短期预应力损失为主。通过多点准分布FBG对预应力损失监测试验,为预应力构件的设计、张拉施工及受力分析提供试验参考和技术支持。

基于改进SOLO_v2的糖尿病黄斑水肿分割模型

糖尿病黄斑水肿(DME)是导致糖尿病患者视力损害的常见原因。光学相干断层扫描技术(OCT)有助于增强对糖尿病视网膜病变的早期检测和预防。目前,OCT图像中的DME区域存在大量散斑噪声及小目标区域,现有的实例分割方法存在漏分割等问题。针对上述问题,本文利用特征金字塔转换器(FPT)改进SOLO_v2模型,提出了一种新的DME分割模型(SOLO-OCT),包括:(1)利用基于双域滤波去噪算法去除图像上存在的大量散斑噪声,提高输入图像质量;(2)引入FPT,提高模型对小目标的识别能力和学习能力;(3)改进非极大值抑制(NMS)算法,缓解对小目标区域的漏分割问题。将SOLO-OCT模型与其他实例分割模型(包括Mask R-CNN、SOLO和SOLO_v2)进行了比较,以评估其对DME区域的分割性能。与Mask R-CNN、SOLO和SOLO_v2模型相比,SOLO-OCT模型对DME区域的分割精度(mAP)提高了3.1%,对小目标DME区域的分割精度(APs)提高了2.2%,而单幅图像的处理时间(Fps)只增加了0.0099 s。本文提出的DME分割模型(SOLO-OCT)可用于大规模糖尿病视网膜病变筛查。

基于相对知识粒度的区间集决策信息表不确定性度量

区间集决策信息表拓展了经典决策信息表,其粒化结构的不确定性刻画成为重要应用基础。基于区间邻域粒化引入相对知识粒度,进而提出区间集决策信息表的一种新型不确定性度量。利用两对象之间的距离及半径来建立区间邻域粒化系统,证明距离粒化与相似度刻画的条件等价性,获得区间近似粗糙度;把经典相对知识粒度推广为区间相对知识粒度,将其与区间近似粗糙度进行信息融合,提出一种新型不确定性度量并得到了粒化单调性等性质。最后进行了实例验证,结果表明所提度量能够有效表征粒化结构变化所引起的不确定性变化。

多轴3D打印技术研究进展

3D打印技术通过逐层堆积的方式成型,克服了零件制造的几何限制,受到了学术界和工业界的广泛关注。但这种定向构建方式会导致零件存在阶梯效应,强度不足且需要添加支撑结构等一系列问题。为了解决传统层式打印存在的问题,研究人员开发了多轴3D打印技术。多轴3D打印技术使用多自由度机器人对零件进行动态构建,克服了传统层式打印的限制,显示出了极高的零件制造灵活性。鉴于此,对多轴3D打印技术进行了回顾,首先分析了传统3D打印存在的一些问题,然后综述了多轴3D打印技术的研究进展,包括多轴3D打印技术在路径规划、零件力学性改善、去支撑化、消除阶梯效应以及大尺寸打印上的研究概况。最后探讨了多轴3D打印技术目前存在的问题和未来可能发展的方向。

基于光滑粒子流体动力学的紫铜切屑形态研究

FEM存在网格变形和重构等诸多问题,难以解决切削过程中刀具前端材料出现的极端塑性变形以及高应变率问题。而无网格光滑粒子流体动力学方法能够解决FEM中由于网格变形所引起的畸变问题,从而模拟出各种材料的任意变形。目前针对SPH方法的切削仿真研究主要集中于工艺参数、材料本构等外部参数的敏感性分析,而对于SPH公式的选择、粒子密度等内部参数的敏感性分析较少。为此,本文通过使用Ls-Dyna仿真软件构建了基于SPH的紫铜正交切削仿真模型,并搭建了正交切削实验平台。针对显著影响紫铜切屑形态及计算精度的内部参数进行了研究,并与切削实验的切屑形态及切削力进行对比,结合仿真计算时间成本,最终确定粒子密度为216000pcs/mm^(3)的重整化SPH更适合紫铜切削仿真实验研究。

基于断裂韧性的切削力指数模型分析研究

在分析现有切削力模型的基础上,提出建立同时包含材料断裂常数、刀具几何参数和工艺参数的切削力模型。在AdvantEdge软件中模拟Ti6Al4V合金正交切削过程,使用SPSS拟合得到包含前角、切削速度、切削深度和进给量的切削力指数预测模型。经分析刀具前端裂纹塑性区的Irwin模型认为,塑性区长度和屈服强度平方的比值是切削力的综合反映,与拟合的切削力指数模型常数相比较可知,两者近似相等,从而构建了包含断裂韧性、刀具几何参数和工艺参数的切削力指数模型。通过切削实验对切削力模型进行检验可知,实验结果和预测结果的误差控制在5.6%以内,较好地拟合了切削过程的切削力。通过引入裂纹前端Irwin塑性区模型,将断裂韧性引入到切削力指数模型常数中能简便准确地预测切削力,说明切削过程中不仅要考虑塑性变形的影响,还要考虑断裂现象,才能更全面地解释切削过程。

大型钢管混凝土组合拱肋温度场及效应分析

钢管混凝土组合结构受温度的影响是多方面的,研究其从结构成型至服役全过程的温度分布规律及温度效应,对该结构的设计、施工和运营维护十分重要。通过对全尺寸钢管混凝土从混凝土硬化开始至成型后一段时间的温度进行实时监测,分析温度场规律,再建立有限元模型分析由温度产生的效应。结果表明:钢管混凝土内表温差易引起脱空现象,特别是水化热峰值结束后10 h左右,该段时间需要做好保温措施;太阳辐射产生的温度最大可达到15℃,显著影响着钢管混凝土的温度分布;截面径向温度呈两端低中间高的抛物线型非线性分布;钢管混凝土表面的应变与温度保持异步变化;外包混凝土浇筑后,在其水化热峰值时刻,管内混凝土应力最大达到3 MPa左右,钢管的应力可达到36 MPa,外包混凝土直至硬化完成,最大应力也不到2 MPa。这些结论可为钢管混凝土组合结构的设计、施工优化与病害消除提供借鉴和参考。

针辊轧孔方式对硬质聚氨酯泡沫夹芯结构剥离性能的研究及应用

以不同表面加工方式的硬质聚氨酯(PU)泡沫为研究对象,以滚筒剥离强度表征泡沫与面板的结合性能,以加工便利性评估其在大尺寸、异形面泡沫表面批量实施的可能性,以加工方式对树脂耗量的增加量评估其综合成本优劣性。测试表明多轴机床加工浅槽、刀片切深缝、针辊轧孔等方式均能改善聚氨酯(PU)泡沫夹芯复合材料的滚筒剥离强度,使用针辊轧孔的方式在剥离性能提升、加工便利性及树脂耗量方面较其他加工方式具有明显优势。此研究内容对较大尺寸且加工面为异形面的聚氨酯(PU)泡沫剥离强度的提升有很好的加工指导意义。

松辽盆地古龙页岩油复合体积压裂技术优化

为提高古龙页岩油增产改造效果,通过开展古龙页岩岩石力学参数测试实验,明确岩石力学参数对古龙页岩裂缝扩展的影响,优化页岩油储层射孔方式、簇间距、支撑剂粒径组合及类型、压裂施工控制工艺,改进古龙页岩油复合体积压裂技术。结果表明:古龙页岩岩石垂直页理方向上平均弹性模量为6.46 GPa,小于平行页理方向的平均弹性模量;页岩岩石表现脆性特征,抗拉强度及断裂韧性实验验证了页岩沿页理方向形成的裂缝更易扩展延伸;单段7簇35孔射孔方式能够保证人工裂缝的密集程度、增加裂缝网络长度,提高页岩储层体积改造效果;簇间距为7 m时,裂缝缝高有一定提升,容易形成复杂缝网;以70/140目、40/70目与30/50目粒径按照6∶3∶1的比例组合的支撑剂能有效支撑裂缝网络,为油气渗流建立通道。研究成果对实现古龙页岩油效益勘探与开发具有重要意义。

松辽盆地古龙页岩油储层压裂裂缝扩展机理与压裂工程技术

古龙页岩油储层分布广,有机质丰度高、演化程度适中,是大庆油田勘探开发重要的接替领域。由于受页岩储层层理发育等因素影响,缝高延伸受限,导致储层改造体积较小,且压裂裂缝扩展机理认识不清。在考虑页岩储层层理缝、天然裂缝发育的基础上,建立了页岩储层压裂裂缝扩展的数值模型,分析了压裂裂缝扩展规律及其主要影响因素。理论研究结果表明:提高缝内压力和施工排量能有效增加层理缝的开启数量;增大施工排量可明显提升压裂裂缝高度,最优施工排量为17 m^3/min;高黏度压裂液有利于提升压裂裂缝高度,低黏度压裂液有利于层理缝的开启;最优裂缝间距为15 m。矿场试验结果表明:采用冻胶提升裂缝高度、注入滑溜水沟通层理缝、小级差加砂的压裂工程技术能有效改善页岩储层改造效果。研究结果为松辽盆地古龙页岩油储层体积压裂工程技术研究提供了理论基础和矿场试验经验,对大庆油田可持续发展具有重要意义。

大尺寸致密砂岩露头水力压裂物理模拟实验

针对沙河子组致密砂岩露头,首次系统开展了50 cm×50 cm×50 cm及以上尺寸岩样的真三轴水力压裂物理模拟实验,在进一步弱化边界效应的前提下,探究了天然裂缝、地应力条件、暂堵工艺等因素对裂缝扩展的影响机制,创新了试件压后裂缝三维形态构建方法。研究结果表明:含天然裂缝岩样,当水平地应力差在9 MPa以下时,天然裂缝产状为压后裂缝形态的关键影响因素,当水平地应力差在12 MPa以上时,天然裂缝产状影响弱化,易形成单一裂缝;无天然裂缝岩样,常规压裂均为单一裂缝,高黏压裂液压后裂缝面相对平直;暂堵后,采用高黏压裂液压裂,易在原裂缝两翼均形成封堵,产生新缝;水平地应力差越大,暂堵压裂新裂缝转向半径越小,距离原裂缝位置越近,改造效果越差。研究结果为致密砂岩现场压裂方案设计提供了有效指导。

松北致密气藏压裂裂缝扩展形态及压裂参数优化

松北深层致密气藏沙河子储层属超深致密气藏、纵向呈多小层分布且小层发育薄。为了提高单井产量,针对沙河子组储层水平应力差大,天然裂缝不发育等不利条件,开展基于沙河子储层物理模拟和相关数学模拟的基础研究,建立了沙河子组致密气藏复杂裂缝判断图版并形成对应的体积压裂工艺优选技术,实现了不同区块、不同岩性储层的针对性改造。现场试验14口井,5口井试气产量超过10×10^(4)m^(3),压后工业气流井占比71%,整体提高了松北深层气井的开发效果。研究成果为大庆油田勘探储量的提交以及有效开发提供了有力的技术支撑,同时对国内其它相似油田的开发生产具有借鉴指导意义。

4D打印技术研究与应用进展

4D打印技术又称为可变特性快速成型技术,是一门结合材料、数学和增材制造等学科的技术。4D打印使用的材料是智能材料,所打印结构的形状、属性或功能在环境刺激下可以随着时间的推移而改变。利用4D打印技术自组装、自适应、自我修复的特性,可以设计柔性化、个性化和智能化的结构。文中首先对4D打印技术进行了介绍,包括4D打印的特点、成型方式、使用的材料和变形的形式,接着阐述了4D打印技术的应用进展,最后探讨了4D打印技术存在的关键问题以及未来的发展方向。

中基性火山岩体积压裂水平井增产预测图版及其应用

松辽盆地中基性火山岩储层渗流机理复杂,采用常规数值模拟方法预测产量准确率低、耗时长,缺少适用的压裂后增产预测图版。根据储层人工裂缝+天然裂缝+基质三重介质特征,对体积压裂储层改造区建立了考虑应力敏感、启动压力梯度、滑脱效应和高速非达西效应影响的数学模型,研究了多效应影响下的压裂后日产气量和改造体积(SRV)随段间距的变化规律。结果表明,根据计算结果建立的中基性火山岩储层的增产预测图版在大庆油田现场应用,产能预测误差不超过7%,预测效果优于常规数值模拟预测方法。预测图版在中基性火山岩体积压裂水平井增产预测时准确、高效、方便,对现场压裂施工设计具有一定的指导和借鉴意义。

低渗透水平井暂堵转向重复压裂技术及现场应用

针对人工裂缝与井筒夹角较小和固井质量差导致无法机械分隔的两类需进一步改进的水平井,大庆油田开展了暂堵转向重复压裂技术研究。通过开展转向剂性能评价实验,优选了两种重复压裂模式下所采用的转向剂,建立暂堵转向物理模型,形成了相应的施工参数优化设计方法,配套了双封单卡和大规模单卡两种重复压裂工艺管柱。共开展了9口水平井的暂堵转向重复压裂现场试验,取得了较好的增产效果,有效延长了以上两类水平井的生产周期。

基于PCA-RA的滨海矿井水源识别技术研究

煤炭开采过程中矿井水害的发生,严重威胁着煤矿的安全生产,确定水源数量和类型对于矿井水害的防治具有重要意义。为了明确滨海煤矿矿井水补给来源的数量和类型,以龙口梁家煤矿为例,对矿区内不同水体(矿井水、第四系水和地表塌陷区积水)分别进行取样,并基于水化学和主成分分析-残差分析(PCA-RA)进行矿井水源识别。结果表明:梁家煤矿区内第四系水、地表塌陷区积水和矿井水中的主要化学组分含量差别较大,且受到了海水入侵作用的影响。就均值而言,矿井水中的阳阴离子质量浓度分别存在着ρ(Na^(+))>ρ(Ca^(2+))>ρ(Mg^(2+))>ρ(K^(+))和ρ(HCO_(3)^(-))>ρ(Cl-)>ρ(SO_(4)^(2))>ρ(Cl-)的关系。不同水体中,Cl-和Na+均为优势阴、阳离子,水化学类型以Na-Cl型为主,并且3种水体之间存在着一定的水力联系。选取的水化学数据适合进行PCA,但仅根据特征值大于1或是累计方差贡献率大于85%来确定主成分的数量,并不能很好地表征原始数据的全部信息。基于水化学和PCA-RA方法,确定了梁家煤矿矿井水共有5个补给来源,即海水、富HCO3基岩水、塌陷区积水、混合水和第四系水。PCA-RA法能有效地处理和表征原始水质数据信息,可更加合理地确定矿井水的补给来源类型和数量。研究结果可为滨海煤矿区的水害防治提供科学依据。