工程水泥基复合材料配合比对其拉伸性能及耗能特性的影响

工程水泥基复合材料(Engineered cementitious composites,ECC)在工程结构修复加固等领域应用广泛。制备了12组不同配比且不同养护龄期的ECC试件进行单轴拉伸试验,研究了不同砂胶比、水胶比、硅灰掺量、纤维掺量及养护龄期对ECC拉伸性能及耗能特性的影响,优化了ECC的配合比范围。结果表明:ECC的初裂强度和峰值强度在水胶比的一定范围内随水胶比的降低而增加,水胶比的建议区间为0.24~0.30;砂胶比在一定范围内的增加会导致ECC的初裂强度和峰值强度显著提高,砂胶比增加且不超过0.66时断裂能、延性指数(耗能能力)均呈现线性增加,砂胶比的建议区间为0.60~0.66;纤维掺量增加对ECC的断裂能和裂纹扩展有一定提高,但会使强度降低,纤维掺量的建议值为1.6%;适当的硅灰掺量能有效增加抗拉应变能力。

CO_(2)密闭混砂装置清砂参数优化及现场试验

为了促进CO_(2)干法加砂压裂技术的配套与推广应用,针对CO_(2)干法加砂压裂施工结束后,核心装备CO_(2)密闭混砂装置罐体内剩余陶粒砂清理困难,清理效率低下,清理过程存在安全风险的问题,开展了清砂方式改进、风送清砂装置研制以及清砂参数优化等方面的研究工作,并进行现场试验。结果表明:1)自动化清砂方案通过设计气驱与输砂螺旋结合的清砂流程,配合专门研制的风送清砂装置,相比负压清砂方案,清砂速度提高了225%,纯清砂速度提高了165%;2)自动化清砂方案可实现人不进罐清砂,将陶粒砂直接输送至砂罐车,通过CO_(2)密闭混砂装置远程控制清砂过程及参数,清砂工作条件大大改善,符合安全化生产要求;3)大大减小清砂劳动强度,无需拆装人孔法兰,清砂人数由之前的4~6人减少至2人;4)优选出最佳清砂参数,即输砂螺旋转速为45 r/min,补压阀开度为25%,风送清砂装置为2档位。以上成果认识,对CO_(2)干法加砂压裂施工完成后的罐体高效清砂作业具有一定的指导意义。

玻璃纤维温拌再生沥青混合料抗断裂性能评价研究

为了研究玻璃纤维温拌高掺量RAP再生沥青混合料的抗断裂性能,基于半圆弯曲(SCB)试验,采用5种评价指标对两种切缝深度下混合料抗断裂性能进行了综合评价。结果表明:10mm切缝深度混合料抗断裂性能较5mm差;温拌剂与RAP对抗断裂性能具有不利影响;玻璃纤维对温拌再生沥青混合料抗断裂性能具有显著提升作用,最佳掺量为0.3%。推荐采用峰值荷载、断裂能、断裂韧性和柔性指数综合评价沥青混合料抗断裂性能。

缝洞型油藏三维离散缝洞数值试井模型

缝洞型碳酸盐岩油藏发育着大尺度的溶洞和裂缝,非均质性极强,缝洞型碳酸盐岩油藏问题的研究成为了世界级难题之一.由于大尺度溶洞和裂缝对储层的流体流动起主导作用,因此,基于连续介质理论的双重介质或三重介质模型已不适合其中流体流动的描述.根据大型缝洞分布地质特征,探索性地提出了一种板块组合的复合架构离散缝洞模型描述该类油藏中的流体流动,将三维空间大裂缝用板块描述,溶洞用高渗透率和高孔隙度不规则多面体团块描述.将裂缝面用二维三角形单元离散,溶洞和基质用三维四面体离散,利用三维混合单元有限元法对建立的不定常渗流模型进行求解,得到了三维渗流条件下的试井理论曲线及压力场分布.通过对试井理论曲线特征的分析,获得了各敏感参数对试井曲线的影响规律.通过对1口井的实际测试资料解释结果的分析,并与实际地震反射资料及生产实际资料的对比,发现本文所建立的模型可以较好地反映裂缝和溶洞的地质动态状况,并与实际生产状况具有较好的一致性.这一结果说明了所建模型的正确性以及测试资料分析结果的可靠性.

石油压裂液高效快速混配车工业试验

为解决目前石油压裂行业配液技术和设备落后、配液速度慢、精度差、稳定性不好、基液中胶粉分散不均匀等问题,北京天然植物胶发展中心研制了石油压裂液高效快速混配车。该车的技术指标设计如下:能够连续配制基液,配液速度最高达到1 5m3/min,基液中胶粉分散均匀,黏度波动范围小,在5min内基液的黏度达到实验室黏度90%以上。混配车交付大庆油田使用后,通过工业试验对技术指标进行考核,试验结果证明该车的各项指标满足设计要求。

深层搅拌桩周围土体劈裂的研究与分析

现场测试结果表明:深层搅拌桩施工可以在周围土体中产生很高的超静孔隙水压力,其量值可能超过土体的静水劈裂压力。搅拌桩施工时和周围土体的相互作用可以用受剪的孔穴扩张过程来模拟。针对搅拌桩施工引起的周围土体的劈裂现象,提出了一种基于拉伸破坏原理的劈裂分析方法。分析结果表明:搅拌叶片的旋转对桩周围土体的劈裂起着很重要的作用。通过室内模型桩打设试验可以观测到搅拌桩周围土体的劈裂现象。分析现场搅拌桩施工时桩周土体中的孔隙水压力测试结果,表明现场施工可以引起劈裂。劈裂裂缝对于搅拌桩的性状有如下两方面的正面作用д其一,水泥浆体可以流入劈裂裂缝;其二,超静孔隙水压可以通过劈裂裂缝快速消散。这两者的作用加快了受扰动的周围土体的强度恢复。

混凝土三维复合型断裂准则的研究

本文用杂交有限元法计算了试件的应力强度因子 ,并设计了混凝土试件的三维复合型断裂试验方案 ,断裂试验采用单边和环形裂缝梁型试件和圆柱形试件。对全部试验结果进行整理和分析后 ,用数理统计的多元回归法得到混凝土的三维断裂准则。

Ⅰ-Ⅲ复合型裂纹疲劳扩展门槛值

以垂直于裂纹扩展径向平面上的主应力σ1 及极径r的组合量 2πr·σ1 为主应力强度因子 σ1 ,提出主应力强度因子下的复合型裂纹初始扩展准则及扩展的静态断裂模型 ,在此基础上推导复合型裂纹的门槛值方程和裂纹面扭转角公式及裂纹扩展速率公式 ,定义复合型裂纹的理论门槛值 ,进行Ⅰ Ⅲ复合型裂纹扩展试验。试验表明 。

高韧性材料Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹尖端张开位移矢量的研究

本文用16 MnR钢的带不同倾斜角中心裂纹的十字形试件研究了1∶2双轴载荷下Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹的断裂行为。为了测定高韧性材料Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹的扩展方向和裂纹尖端张开位移矢量((?))的启裂值,本文提出了适合于Ⅰ-Ⅱ复合型断裂的多剖面法。所得结果表明,在高韧性材料中裂纹启裂时,CTOD的数值并不是材料的常数,但是,(?)的方向与扩展方向有较好的关联,且其张开型分量与裂纹倾斜角无关,为一与用标准Ⅰ型试件测得的断裂韧性值基本相同的常数。因此,(?)有希望成为高韧性材料Ⅰ-Ⅱ型裂纹的断裂判据。

复合型裂纹断裂及扩展速率的实验装置

复合型裂纹断裂及扩展速率的实验装置的试验装置已有研究,但此装置对机械加工精度和试验机上下夹头的同心度提出了较高的要求,本文重新设计了复合型裂纹断裂及扩展速率的试验装置,企图降低对机械加工精度和试验机上下夹头的同心度的高要求,并对此装置进行了测试,表明:此装置可行。

混凝土压缩条件下三维断裂临界曲面的试验研究

采用相同的单边裂缝方形短柱和统一的分步加载方式，对混凝土进行了压缩Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型及压缩条件下的各种复合型断裂测试，给出了Ⅰ－Ⅱ－Ⅲ复合型临界断裂全曲面．

混凝土重力坝模型试验研究

为了真实反映带裂缝混凝土重力坝的破坏过程,本文开展了重力坝比例模型试验研究工作,同时也进行了模型试验中所用混凝土材料的断裂参数测定试验。通过制备比例为1∶80的重力坝模型,研究了不同初始裂缝位置条件下重力坝的破坏全过程,并记录了荷载～裂缝口张开位移曲线及裂缝扩展轨迹。通过本文的研究获得了较为完备、准确的重力坝模型试验数据,这为评估带裂缝工作重力坝的安全性提供了试验依据,也为数值计算提供了可靠的验证数据。

混凝土压缩复合型断裂判据的试验分析

通过试验结果，分析了受压权重对Ⅰ－Ⅱ压剪，Ⅰ－Ⅲ压扭二维复合型断裂临界曲线的影响，给出了压缩条件下Ⅰ－Ⅱ、Ⅰ－Ⅲ断裂临界全曲线，扩大了混凝土复合型断裂理论。

基于离散元法的沥青混合料复合断裂行为研究

为了从细观角度深入分析沥青混合料复合断裂机理,基于沥青混合料细观结构特征,将材料分为粗集料、沥青砂浆和空隙3个组分,确定宏、细观接触模型参数的转换关系,构建具有细观特征的离散元模型;通过室内试验的结果验证了虚拟模型参数设置的合理性;基于数值模型进行不同预裂缝位置的三点弯曲梁试验,并对试件的裂缝扩展、应力水平和颗粒位移进行分析.结果表明:控制裂缝路径的主要因素是断裂模式,其次是集料与裂缝的相对位置,主裂缝扩展角较好地符合最大周向应力准则;随着Ⅱ型开裂比例的增加,沥青混合料断裂过程区的宽度变小,裂缝尖端主应力水平降低,软化特征逐渐减弱;裂缝两侧的位移随着预裂缝的偏移逐渐增大,试件趋于脆性破坏.

高应变率下Ⅱ型应力强度因子的数值模拟

文章采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA程序对静态和冲击荷载作用下的含裂纹半圆弯曲（简称SCB）试验进行了数值模拟。根据静态试验的模拟结果,提出了静态荷载作用下的Ⅱ型应力强度因子拟合公式,其计算误差不超过10%。含复合型裂纹动态SCB试验的模拟结果表明：对于含复合型裂纹的动态加载的SCB试验,动态应力强度因子KⅡ随着试样半径R、裂纹倾角β以及相对裂纹长度a/R的变化呈现规律性变化。当相对裂纹长度a/R在0.4-0.6、裂纹倾角β在10°-40°范围内时,可以直接采用静态公式计算KⅡ,相对误差小于10%。

环氧/Cu界面混合分层断裂研究

高密度塑封器件不同材料间分层断裂常导致器件失效,且界面通常为正应力作用下的张开型(模式I)断裂和切应力作用下的滑开型(模式II)断裂的混合模式。环氧塑封料和Cu引线框架之间热失配较大,在热、力学载荷作用下,环氧/铜界面易发生界面分层断裂。设计了一种双相材料样品和一种可以对样品施加不同角度拉力的装置,用于测试环氧/铜界面混合断裂参数。通过弹性断裂力学分析,基于实验结果可以得到界面断裂能量释放率和混合断裂相位角。该方法可以应用于电子封装中其他界面断裂参数的表征。

平行竹集成材复合型断裂性能研究

【目的】探究平行竹集成材在复杂应力下沿纤维方向的断裂性能,并根据断裂表面分析其破坏机理,最终得到平行竹集成材复合型断裂基本规律,并建立相应模型。【方法】运用Arcan试验测试平行竹集成材蝶形试件沿纤维方向的断裂性能,通过调整加载角度进行不同形式的测试,从而实现试验材料Ⅰ型、Ⅱ型和复合型断裂。设置不同缝高比研究断裂韧带长度对试件断裂韧性的影响;通过测得的极值荷载计算其断裂韧度,并结合断面分析平行竹集成材不同形式断裂的破坏机理;最终通过复合型断裂包络图分析得到平行竹集成材沿纤维方向复合型断裂准则。【结果】平行竹集成材沿纤维方向Ⅰ型、Ⅱ型和复合型断裂均为脆性断裂,且试件在复杂应力条件下更容易发生破坏。Ⅰ型断裂试验裂缝主要在薄壁细胞层间和纤维/薄壁细胞组织界面沿纤维方向发展。在Ⅱ型断裂试验中,裂缝在纤维/薄壁细胞组织界面发展的同时,也在薄壁细胞组织多层间开展,形成薄壁细胞组织桥连机制,提高试件承载力。Ⅰ型和Ⅱ型断裂试验中竹纤维均基本不参与断裂。随着试件缝高比改变,Ⅰ型断裂韧度变化幅度较小,Ⅱ型断裂韧度在试件缝高比0.5时有最大值。平行竹集成材复合型断裂试验中,随着加载角度的增加,Ⅰ型断裂韧度分量逐渐减小,Ⅱ型断裂韧度分量逐渐增加;当试件缝高比0.3时,等效断裂韧度随加载角度的增加而增加,缝高比0.6时随加载角度的增加而减小。【结论】平行竹集成材试件缝高比为0.3时,复合型断裂准则曲线能够较好描述其复合型断裂特征。

基于3D-ILC含偏心内裂纹半圆弯拉断裂特性研究

断裂力学是各行业的基础学科之一。半圆弯拉(SCB)试验为该领域经典试验,目前含裂纹的SCB研究多为底部切口等表面裂纹或穿透型裂纹研究。内裂纹和内部类裂纹缺陷是材料的固有属性,但是对于SCB内裂纹扩展规律研究较少。基于3D-ILC(三维激光疲劳内裂纹)技术,分析了表面无任何影响的情况下凭空生成任意参数的纯内裂纹,在SCB试样中生成内裂纹,对含内裂纹试样进行SCB试验,分析了裂纹生长过程、应力双折射规律、Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型裂纹扩展面、破坏形态、宏微观断口特征,开展数值模拟,得到裂纹尖端应力强度因子分布规律及扩展路径,与物理试验一致。结果表明:(1)基于3D-ILC的SCB内裂纹及Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型扩展断裂规律明显,3D-ILC为断裂力学中的内裂纹问题研究提供了有力工具;(2)应力云纹在内裂纹处显示应力集中,SCB整体云纹在内裂纹处发生明显变异;(3)SCB试样从预制裂纹处发生压剪型起裂,发生Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型裂纹扩展,分为光滑区和撕裂区,持续生长转变为动态断裂进而破坏,动态断口存在裂纹分叉出现雾化区、羽毛区特征;(4)根据M积分和最大周向应力准则,对试样进行了数值模拟,得到了试样内裂纹尖端应力强度因子分布规律及扩展路径,与试验结果一致。结论与成果对断裂力学领域的SCB试验、内裂纹、Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型断裂问题、裂纹扩展路径模拟问题的研究,具有重要意义。

Evaluation of mixed mode-Ⅰ/Ⅱ criteria for fatigue crack propagation using experiments and modeling

In this study, in-plane mixed mode-Ⅰ/Ⅱ fatigue crack growth simulations and experiments are performed for the Al 7075-T651 aluminum alloy which is widely used in the aerospace industry. Tests are carried out under different mode mixity ratios to evaluate the applicability of a fracture criterion developed in a previous study to mixed mode-Ⅰ/Ⅱ fatigue crack growth tests.Results obtained from the analyses and experiments are compared with existing and developed criteria in terms of crack growth lives. Compact Tension Shear（CTS） specimens, which enable mixed mode loading with loading devices under different loading angles, are used in the simulations and experiments. In an effort to model and simulate the actual conditions in the experiments, crack surfaces of fractured specimens are scanned, crack paths are modeled exactly, and contacts are defined between the contact surfaces of a specimen and the loading device for each crack propagation step in the analyses. Having computed the mixed mode stress intensity factors from the numerical analyses, propagation life cycles are predicted by existing and the developed mixed mode-Ⅰ/Ⅱ criteria and then compared with experimental results.

20方/分电驱压裂液自动混配橇的设计与研究

通过页岩气压裂对混配设备的需求分析,提出了20方/分电驱压裂液自动混配橇的设计需求,幵基于此对该混配橇的结构组成、兲键设计难点与技术方案、主要特点及其经济性进行了介绍。在此基础上,结合设备混合器的多通道吸粉装置结构特点,开展了流体流动下的理论分析,提出了增大吸粉负压的方法。最后,结合所研制的20方/分电驱压裂液自动混配橇的现场试验研究,说明了本设计的可行性。