幔源岩浆在地壳中分层侵位的控制因素:二维热-力学模拟

幔源岩浆在地壳内的上升和聚集样式不仅依赖于岩浆自身的性质,还取决于围岩的强度和热状态。已有数值和物理模型大多关注岩浆自身物性对其上升过程的影响,而对围岩流变强度或热状态如何影响岩浆的上升和聚集过程的研究相对薄弱,尤其是周期性的幔源岩浆在壳内分层侵位的受控因素仍然不清楚。本文利用二维热-力学数值模拟方法,通过发展多期岩浆脉冲和岩墙生成算法,研究了岩浆从深部地幔上升至地壳内部侵位的动力学过程,系统测试了地壳(围岩)地温梯度(上、下地壳的地温梯度分别以GUC和GLC表示)和地壳强度对岩浆上升过程和聚集样式的影响。模拟结果表明:(1)地壳地温梯度对岩浆的侵位深度有重要影响,岩浆侵入冷地壳(GUC=GLC=12.5K/km),岩浆主体在岩石圈深度聚集,地表的相对高差小于140m;岩浆侵入温地壳(GUC=GLC=15K/km)在下地壳底部聚集形成岩浆房,上升至上、下地壳界面,岩浆房上方的地表地形呈现中心拗陷两翼隆起的形态,地表最大高程可达3km;岩浆侵入热地壳(GUC=GLC=17.5K/km)仅在下地壳底部聚集形成岩浆房,地形演化特征与温地壳背景的情况类似,但最大高程小于1.5km。(2)在同等地壳地温梯度条件下,上、下地壳的相对强度决定了岩浆的聚集样式:下地壳的强度越弱,岩浆更易在下地壳聚集形成岩浆房;上地壳的强度越弱,岩浆更易在地表喷发。进一步分析表明:岩浆的聚集样式受地壳地温梯度与地壳流变分层性的共同控制,地壳越热且流变强度分层性越显著则越有利于岩浆在地壳中的多层级侵位;每一期岩浆脉冲的供给均会导致岩浆房内部的超压值骤增。我们的模拟结果对理解火山喷发前壳内岩浆的赋存状态及岩浆活动区的地形演化具有启示意义。

热环境下功能梯度梁力学特性分析

为探究轴向功能梯度梁在热环境下部分力学特性,利用Gauss-Lobatoo节点与Chebyshev多项式建立功能梯度梁的轴向变形场,通过Chebyshev谱方法和Lagrange方程推导其轴向变形场在热环境下的离散控制方程,结合投影矩阵法对模型施加边界条件,并利用均匀Timoshenko材料的对比结果进行辅助验证,分析得到系统固有频率在不同温度场、材料梯度指数、固支条件的变化情况,同时研究了结构的热屈曲温度.结果表明:在相同条件下,系统的各阶固有频率随着温度的升高呈下降趋势,且一阶频率的减小幅度最大.四阶固有频率减小幅度最小;悬臂梁的固有频率变化趋势与材料软化趋势相同,且三阶频率减小幅度较一二阶频率更明显;通过调节材料梯度指数可以优化结构的各阶固有频率;随着材料梯度指数的增大,材料的热屈曲温度不断提高,但对于不同的功能梯度材料,表现出不同的热屈曲温度变化趋势.本文研究可为功能梯度材料的研究与工程应用提供支撑.

大跨预应力混凝土连续箱梁桥日照温差效应

对某特大型预应力混凝土连续箱梁桥进行了连续4 d的温差效应观测,在实测数据的基础上论述了箱梁桥的温度场及其变化规律,继而提出了一种适合于中国中部地区的同时考虑箱梁竖向和横向温差的温度梯度模式,将该模式与实测资料进行了比较并分析了温差效应。结果表明:由该模式计算出的最大横向温差时刻与实测结果十分吻合,对箱梁桥日照温差效应的测试有参考价值。

钢纤维混凝土墩墙早期温度与温度变形研究

以往对钢纤维混凝土抗裂性能多从其力学性能方面加以解释,而很少从热性能方面考虑。为此进行了钢纤维混凝土和普通混凝土2个墩墙结构的模型试验,比较了二者的温度及温度变形的特性。通过实测结构内部温度及其变形,给出了钢纤维混凝土在早期水化热及外界温度影响下的温度及变形规律。根据热传导理论对数据进行分析,得出了钢纤维混凝土有较好导热性以及钢纤维混凝土的早期抗变形能力要强于普通混凝土的结论。上述特性将有助于减小混凝土内部温度梯度,对于防止水工混凝土结构表面裂缝起到良好的作用。同时,还对试验研究中出现的问题以及进一步的研究思路进行了探讨。

试样直径对Al-Cu合金定向凝固温度梯度和一次枝晶间距的影响

采用直径为4 mm和7 mm的试样对Al-4%Cu(质量分数,下同)合金进行定向凝固实验。研究表明:小直径试样温度梯度更高,但温度梯度变化幅度并未与试样直径比成线性比例。试样直径较小,胞/枝晶间距相应较小。获得直径为4 mm和7 mm试样一次枝晶间距与生长速率的关系,一次枝晶间距和生长速率、温度梯度的变化关系,且与理论值相符合;一次枝晶间距实验结果与TRIVEDI模型符合较好。

东濮凹陷新生代构造-热历史研究

东濮凹陷位于渤海湾盆地南缘,是中国典型的既富石油又富天然气的凹陷之一。文中通过镜质体反射率恢复了9个构造单元31口典型井的新生代热历史。研究结果表明:东濮凹陷各构造单元的新生代热历史总的趋势是一致的,并表现为"马鞍型"特征,分别在沙三段沉积时期和东营组沉积中晚期达到地温梯度高峰,其地温梯度分别为45~48℃/km和39~40℃/km,两期地温梯度高峰揭示了东濮凹陷经历了沙三段沉积时期和东营组沉积中晚期强烈的裂陷运动;新近纪开始,凹陷进入热沉降阶段,地温梯度逐渐下降至现今的31~34℃/km。此外,研究成果还揭示了东濮凹陷烃源岩热演化受东营组沉积时期的古地温场控制。文中的研究成果可以为东濮凹陷深层油气资源评价提供地热基础。

张裂型盆地地热参数的垂向变化与琼东南盆地热流分布特征

海洋热流数据是开展海洋地球动力学研究和油气资源评价的基础数据.为深入认识琼东南盆地的地热特征,本文首先利用耦合沉积作用与岩石圈张裂过程的数值模型分析了张裂型盆地主要地热参数的垂向变化特征;并通过钻孔资料的详细分析,获得了琼东南盆地44口钻孔的热流数据;结合海底地热探针获取的热流数据,对琼东南盆地地热特征及其主要影响因素进行了简要分析.结果表明：沉积作用的热披覆效应对表层热流有较明显的抑制作用,由于沉积物生热效应与披覆效应的共同作用,同一钻孔处海底表层热流与钻孔深度3000~4000m处热流或与海底间的平均热流差异很小,可以一起用于分析琼东南盆地的热流分布特征;莺歌海组、乐东组热导率随深度变化小于黄流组及其下地层热导率的变化,钻孔沉积层平均热导率约为1.7 W·（m·K）-1,钻孔地层生热率一般低于2.5μW·m-3,平均生热率为1.34μW·m-3,平均地温梯度主要介于30~45℃/km,热流介于50~99mW·m-2,陆架区热流主要集中于60~70mW·m-2,深水区钻孔具有较高的地温梯度和热流值;从北部陆架与上陆坡区往中央坳陷带,热流值从50~70mW·m-2,增高为65~85mW·m-2,并且往东有升高趋势,在盆地东部宝岛凹陷、长昌凹陷与西沙海槽北部斜坡带构成一条热流值高于85mW·m-2的高热流带.进一步分析认为,琼东南盆地现今热流分布特征是深部热异常、强烈减薄岩石圈的裂后冷却作用、晚期岩浆热事件、地壳与沉积层的生热贡献以及沉积作用的热披覆效应等多种主要因素综合作用的结果.

钢纤维混凝土热性能及其防裂作用的研究

本文通过一系列的钢纤维混凝土热性能及温度试验研究,得到了不同掺量钢纤维混凝土的绝热温升曲线,给出了不同掺量钢纤维混凝土的水化热温度及温度变形的时程线,揭示了钢纤维掺量与钢纤维混凝土的导热率之关系,最后得出钢纤维混凝土内的温度梯度小于对应的普通混凝土,有助于减小结构的温度应力,对防止混凝土表面开裂起到良好作用的结论。综合其的力学性质,作者认为:该材料对于温度应力具有早期"放"、后期"抗"的特点,在实际工程中充分利用钢纤维混凝土上述特性,做到物尽其用,符合环保与可持续发展的理念。

基于COMSOL的页岩蠕变过程中固热化耦合响应分析

在已有文献的基础上,建立了固热化耦合控制方程组,包括固体变形方程、能量守恒方程、质量守恒方程。以COMSOL为平台,引入化学反应工程,重点分析了温度梯度、溶质离子浓度的变化过程。化学腐蚀作用对温度的传输过程影响很大,由此引起岩石空隙出现,使岩石温度扩散较快,400h后使温度梯度降低并趋于平稳。温度梯度和化学反应耦合影响时间不同,温度对化学反应的影响在200h后才体现略明显,化学反应对温度梯度影响的时间是在400h后体现明显,温度升高使化学反应速率提高。在巷道蠕变过程中,pH=3的HCl溶液对岩石温度梯度的影响比pH=10的Na OH溶液对温度梯度的影响要强烈,因此岩石在酸性条件下的蠕变变形比在碱性条件下的蠕变变形大。所以多场耦合作用对巷道的稳定具有重要影响,为进一步研究多场耦合作用下深部巷道长期稳定性提供依据。

利用温度梯度分析COREX熔化气化炉内区域

建立了COREX熔化气化炉热态模型;利用石蜡模拟矿石,玉米颗粒模拟焦炭,通过温度传感器对炉内气相温度进行了测定.对测得的模型内温度信息进行处理,可以获得模型内温度梯度.对熔化气化炉在高度方向的温度梯度进行分析,可大致区分炉内填充床、软熔区域、半焦床以及风口回旋区的范围.该研究方法可以比较客观地描述COREX熔化气化炉内部的各区域,以便在进一步研究中分析操作条件变化对炉内各个区域的影响.

对二甲苯氧化反应器非均匀混合模型

对二甲苯氧化是一个复杂的气-液-固三相反应过程。今根据实验测取的对二甲苯氧化反应动力学关系与数据,建立了工业氧化反应器的非均匀混合模型,用以考察气、液相的混合状况及其对反应的影响。模型采用三区串联加区间返混的结构,区间返混参数由工业反应器实测轴向温度分布拟合确定。计算表明,釡内液相混合接近全混流,而气相氧浓度存在明显的轴向梯度;溶剂蒸发与液相混合相互竞争造成反应器内有一定的温度梯度;氧浓度梯度和温度梯度共同作用使得CO2、CO量增多,燃烧副反应加剧,这其中氧浓度梯度起主要作用。

钢板混凝土模块墙温度场和应力场研究

在给定温度曲线和材料热工参数的基础上,采用三维实体单元建立钢板混凝土墙体有限元模型,进行瞬态热分析和热应力分析。计算结果表明,不锈钢面板与混凝土间、剪力钉与混凝土间的温度梯度随着时间先变大再变小;墙体截面的热应力增量随着时间逐渐变小。这为钢板混凝土模块墙的高温力学性能及承载力研究提供参考。

人工多圈管冻结水热耦合数值模拟研究

人工多圈管冻结过程中温度场和水分场的计算,是一个多物理场耦合和非线性数学问题,其影响因素多、相互之间关系复杂。基于相似理论原理和人工多圈管冻结模型试验,提出渗流方程中的导水系数是温度梯度的函数,建立了多圈管正冻土中水热耦合数学模型,并采用有限元方法实现了对多圈管冻结温度场和水分场耦合的数值分析。数值模拟温度场的发展趋势、水分场迁移特征与模型试验吻合良好,表明用提出的水热耦合数学模型计算多圈管冻结温度场和水分场是可行的,对多圈管冻结壁设计有参考意义。

莺琼盆地高温超压环境有机质热演化及成烃模式探讨

方法 针对莺琼盆地的成藏地质条件 ,对其温压环境及地化指标进行了综合分析。目的 研究莺琼盆地的有机质热演化及成烃模式。结果 莺琼盆地的演化机制在盆地内大的热传导背景下主要受地温梯度和演化时间控制 ;在盆地内热流体活动强烈的地区 ,源岩的演化得到明显的加强 ,同时 ,盆地普遍超压的特点减缓了超压层内有机质的成熟速率 ,使本来在无超压抑制作用已进入准变质阶段的源岩保持在有利的生气带内 ,从而拓宽了生烃窗的范围 ,扩大了油气勘探领域。结论 只有在充分了解莺琼盆地源岩演化特征和成烃模式的基础上 ,才能在一定程度上掌握盆地的勘探方向 ,从而发现新的油气远景区。

功能梯度材料结构热力耦合概率分析方法

基于自洽平均微观力学W-T(Wakashima-Tsukamoto)模型和拉丁超立方抽样,建立一种功能梯度平板热力耦合概率分析方法。以材料物理属性和空间分布的不确定性随机参数作为概率分析的输入,以热应力作为输出,基于本征正交分解POD(Proper Orthogonal Decomposition)对热应力的随机时间历程进行变量减缩,进而构建Kriging代理模型。结果表明,陶瓷材料的热导率和热膨胀系数不确定性对结构的热响应有很大的影响;将POD方法用于热应力时间历程预测能显著提高Kriging代理模型的精度和效率;提出的概率分析方法能够同时考虑多种随机因素对功能梯度材料热响应的影响,并验证了该方法的准确性和有效性,为功能梯度材料及其结构的设计和灵敏度分析提供了参考。

基于APDL建模的大体积混凝土优化浇筑模拟

基于APDL建立大体积混凝土浇筑有限元模型,分析了实际工程中的水化热问题,并用耦合的方法,对混凝土浇筑周期内的热分析结果与结构分析结果进行了计算,得到混凝土应力—应变变化规律,结果表明:在保证水化热反应满足混凝土强度要求的基础上,通过减少浇筑层数来优化模型,可以达到既节省材料又缩短工期的目的。

东濮凹陷前梨园洼陷热史及烃源岩热演化

东濮凹陷为临清坳陷重要的生油构造单元,是渤海湾盆地最具有油气勘探潜力的凹陷之一。其中前梨园洼陷是整个东濮凹陷增储的主要地区,为了揭示其热史及烃源岩热演化历史,首先利用5口典型井的镜质体反射率数据恢复了前梨园洼陷的热历史,结果表明前梨园洼陷在沙河街组沉积开始至东营组沉积末期,经历了两期裂陷作用,地温梯度出现两期峰值,为39℃/km^48℃/km和38℃/km^40℃/km。再以热史为基础,结合沉积和构造发育史及烃源岩地球化学资料,模拟了前梨园洼陷5口典型井6套烃源岩的成熟度演化历史,揭示了前梨园洼陷烃源岩成熟度演化受东营组沉积时期古地温场控制,6套烃源岩成熟度都在东营组沉积末期达到最高,这将为前梨园地区深层油气勘探提供参考。

基于纯声子散射模型的梯度阻热涂层热力分析

梯度阻热涂层(由不同混合比的阻热涂层和底层材料组成)可以降低阻热涂层(陶瓷)材料和底层(金属)材料之间因热失配而产生的热应力.结合纯声子散射模型(用于梯度阻热涂层)与傅里叶热传导模型(用于底层),用数值方法求解梯度阻热涂层的温度场和应力场,研究了阻热涂层参数(松弛时间、声子速度)梯度分布对温度场的影响以及阻热涂层力学性能(弹性模量、热膨胀系数)梯度分布对热应力的影响.结果表明:阻热涂层参数梯度分布能明显减小梯度阻热涂层的温度梯度;阻热涂层力学性能梯度分布能降低梯度阻热涂层的热应力,其中热膨胀系数梯度分布的影响明显大于弹性模量梯度分布的影响.

激光辅助切削温度场的三维有限元仿真

激光加热的温度场受材料物性参数、工件几何形状、激光器功率、光斑形状及移动速度的影响 .分析激光辅助立铣淬硬钢的工况 ,提出简化的计算模型 ,进而将非稳态传热方程化为稳态的传热控制方程 .应用三维有限元法 ,对激光流动加热 45#钢的温度场进行了仿真 .经对比不同光斑形状、移动速度、光斑温度对温度场的影响 ,归纳了激光加热的特点 。

某型飞机风挡热应力有限元分析

为了研究温度场及温度梯度对风挡结构强度的影响,分别采用三维实体单元和壳单元构建了风挡的有限元模型,并进行了对比计算分析.计算结果表明:温度场决定着风挡最大位移的发生位置及其数值;风挡玻璃厚度方向上的温度梯度决定着风挡最大应力的发生位置及其数值.建议在对风挡的强度校核时,应该考虑温度场和温度梯度对结构的影响.