连续碳化硅纤维增韧陶瓷基复合材料微结构数字化建模和宏观各向异性模量预测

围绕陶瓷基复合材料连续增韧相各向异性难以快速建模和宏观模量精准预测困难的问题,本工作结合水平集法和有限元法建立了陶瓷基复合材料复杂微结构数字化自动建模方法及预制体不同区域材料各向异性赋值策略。同时,以二维SiC编织布增韧陶瓷基复合材料(SiC_(f)/SiC)为例,采用细观力学均匀化方法和自编程序实现了兼顾自然孔隙影响的连续纤维增韧陶瓷基复合材料宏观各向异性模量跨尺度准确计算。与已有文献中的SiC_(f)/SiC性能实验数据对比,验证了本工作中建模方法和模量计算算法的有效性。此外,本工作还探究了SiC_(f)/SiC自然孔隙形状及纤维束波纹度比对材料宏观性能的影响机制。

宏观各向异性多孔介质中流体变形及溶质运移

为深入探究含水层中多孔介质的不规则形态和分布对于地下水流场及溶质运移的作用,根据沉积环境中已被发现的倾斜交叉分层地质单元结构,人为构造多孔介质双层交叉鱼骨结构,使其形成宏观各向异性水力传导特征,通过数值模拟研究该结构及其空间位置对于流场和溶质运移的影响。研究发现:宏观各向异性多孔介质引发了螺旋状流动,导致流线的拉伸和折叠,使得溶质羽发生不规则变形,显著提升了非反应性溶质的稀释程度;宏观各向异性结构和溶质羽在三维空间中的垂向相对位置对于溶质运移具有显著影响。

成像测井研究薄互层宏观电性各向异性及应用

由于测井仪器纵向分辨率的限制造成薄互层的宏观电性各向异性,使薄互层的评价一直是测井评价的难点。本文旨在由薄互层的宏观各向异性入手,利用FMI成像测井数据结合深侧向电阻率测井数据对薄砂岩层的电阻率进行恢复,并对其储集性进行评价,并与岩心数据对比,评价效果良好。

水平井电阻率测井各向异性分析

当穿过水平层钻直井时,仪器测量的是水平电阻率。仪器电流的环路与薄互层平行,电流沿着层理方向流动。因此,在垂直井中,常规测井一般是以各向同性的非均质性地层为主要研究对象。但是在钻水平井时,仪器测量的电阻率是垂直和水平电阻率的综合反映。在水平井特殊的测量环境中,若在薄互层砂泥岩剖面,仪器分辨率大于层厚,使得电阻率受到宏观各向异性的影响;若在厚层中,由于构成地层的微观颗粒的结构、分选、胶结的不同,而使得电阻率受到微观各向异性的影响。文章分析了水平井电阻率测井宏观各向异性和微观各向异性产生的原因,对电阻率各向异性的校正方法做了深入的研究,对水平井电阻率与直井电阻率的差别进行了计算。与实际资料吻合较好。

基于改进型近场动力学方法的复合材料单向板变形与破坏分析

针对复合材料单向板的变形与破坏问题,采用经典的键型近场动力学(Peridynamics,PD)理论进行建模分析,利用基体键与纤维键描述单向板宏观各向异性,同时在基体键中引入反映长程力尺寸效应的核函数修正项改进近场动力学本构模型,构建相应的准静态数值求解体系。使用传统PD模型与改进型PD模型对单轴拉伸单向板变形进行定量计算,二者所得计算结果较理论解相对误差分别为3.5%和1.7%,表明改进型PD模型具有更高的定量计算精度。开展含不同角度中心裂纹单向板单轴拉伸破坏试验与数值模拟,二者所得单向板最终破坏形式与破坏特点均吻合,表明当前模型与方法能够有效处理单向板的破坏问题。最后对纤维角度为0°单向板的拉伸破坏过程展开模拟分析,结果表明单向板在前期主要出现基体开裂,当裂纹扩展至夹持区域后,结构出现纤维断裂,最终形成贯穿整个结构的断面导致单向板发生破坏。