陈旧性距腓前韧带损伤诊断:MRI与应力像X线片的对比研究

目的:对比磁共振成像(MRI)与应力像X线片诊断陈旧性距腓前韧带(anterior talofibular liga-ment,ATFL)损伤的可靠性。方法:2016年10月至2016年12月,共45例患者行踝关节镜手术,其中39例患者入选本研究。以踝关节镜探查诊断ATFL损伤为金标准,对MRI及应力像X线片的诊断结果进行比较。结果:关节镜探查显示ATFL损伤30例,无损伤9例;MRI结果显示ATFL损伤28例,无损伤11例,敏感度、特异度、准确率分别为90.0%、88.9%、89.7%;应力像X线片结果显示ATFL损伤21例,无损伤18例,敏感度、特异度、准确率分别为63.3%、77.8%、66.7%。结论:相比较应力像X线片,MRI是诊断陈旧性距腓前韧带损伤更可靠的方法。

下肢应力像评价膝关节后向不稳定临床研究

目的:探讨采用下肢应力像测量膝关节后向不稳程度的可信度,并比较其与KT-1000和后抽屉试验两种测试方法的相关性。方法:从2008年10月至2009年6月,共34例患者诊断为后交叉韧带损伤或多发韧带损伤(不包括前交叉韧带损伤),接受手术治疗前(其中6例为多发韧带损伤重建术后二次手术取内固定患者),麻醉下分别采用Telos装置(TelosGmbH,Marburg,Germany)拍摄膝关节应力像、KT-1000(MEDmetricCorporation,SanDiego,California)和后抽屉试验进行测量。由不同研究者分别对应力像进行测量,采用统计学分析计算下肢应力像评价胫骨近端后向不稳定的组内相关系数,讨论其临床应用可信度,并与KT-1000和后抽屉试验结果进行比对。结果:麻醉下采用Telos装置拍摄膝关节应力像所测得数据的可信度组内相关系数(ICCs)为0.992,可重复性组内相关系数为0.991。Telos装置拍摄应力像的数据测量结果与KT-1000测量结果无显著性差异。应力像测量与后抽屉试验检查结果:应力像计算胫骨相对于股骨的后向位移在5～10mm时,后抽屉试验符合率为20%;后向位移在10～15mm时,后抽屉试验符合率为71.4%。结论:KT-1000测量数据与Telos装置拍摄膝关节应力像的测量数据在评价膝关节后向不稳定中无显著差异。随膝关节后向不稳定程度加重,后抽屉试验检查结果的准确度逐渐提高。

体外实验中压应力对细胞的作用和影响

背景:沃尔夫定律指出,机体缺乏机械应力会导致骨组织的微结构退化、质量损失和代谢紊乱,并最终导致骨质疏松症,这提示机械应力在骨组织生长、重建及成形中具有重要作用。目前机械应力对成骨细胞的相关研究主要集中在流体剪切力上,但其在体内干预较为困难,同时有研究发现压应力在一定程度上也可以起到与流体剪切力类似的作用,探究压应力在体外对细胞的作用方式和影响,可以丰富机械应力与细胞的相互作用关系,有助于为包括骨质疏松在内的代谢性骨病和其他疾病的研究提供理论依据。目的:综述体外实验中压应力对细胞的施加方式、引起细胞产生不同的生物学行为、可能的作用信号途径以及未来可能应用的领域。方法:检索PubMed、Web of Science、中国知网及万方数据库2000年1月至2024年3月发表的相关文献,中文检索词为“压应力,机械应力,静水压力,细胞”,英文检索词为“compressive stress,mechanical stress,hydrostatic pressure,cell”。纳入压应力作用于细胞的基础研究及微观机制研究,最终对纳入的63文献进行综述。结果与结论:(1)压应力的施加方式多样,不同实验设备对细胞加载压应力的方式不尽相同,需要进一步规范实验设备和标准化力学单位,减少混杂因素,使不同实验组之间具有参考性和可比性;(2)压应力可引起细胞增殖、分化、自噬、凋亡、迁移等变化,且在多数情况下压应力的作用效果具有时间或剂量依赖性;(3)目前大部分体外实验研究表明,压应力可能主要是通过MAPK信号途径、Wnt/β-catenin信号通路作用于成骨细胞,引起成骨细胞产生不同的应答;(4)压应力可对不同细胞产生不同的作用效果,还需要进一步研究其对不同组织的生物学作用;(5)对压应力的更深入研究有助于为骨科、口腔、肿瘤等疾病的治疗提供理论依据,利用静水压力进行温和消毒是一种前景巨大的消毒手段。

机械应力调控血管平滑肌细胞的凋亡

背景:随着生物力学的发展,其在心血管疾病中的研究也日益广泛,通过研究血管的力学特性可以有效地揭示动脉粥样硬化、再狭窄等心血管疾病的发病机制,开发心血管疾病治疗的新思路和新方法。目的:综述机械应力刺激对血管平滑肌细胞凋亡的研究现状,寻找临床治疗潜在靶分子和信号通路,以期改善临床动脉粥样硬化及再狭窄等心血管疾病的临床治疗效果。方法:检索1992年1月至2023年5月在中国知网、PubMed及ScienceDirect数据库收录的文献。中文检索词为“血管平滑肌细胞,机械应力,剪切力,牵张力,凋亡”;英文检索词为“vascular smooth muscle cell,mechanical stress,shear stress,stretch stress,apoptosis”,最终纳入63篇文献进行综述分析。结果与结论:①血管平滑肌细胞的生理性和病理性凋亡都是为了适应血管力学变化而发生的适应性重构。不同部位的平滑肌细胞承受不同的力学刺激,其发病机制也不同。②低剪切力、生理剪切力和高剪切力可通过直接与平滑肌细胞表面分子、受体及蛋白等作用调控凋亡信号分子和抑制增殖实现对血管平滑肌细胞凋亡的调控,该部分未对促进增殖的研究进行综述。③低牵张力、生理牵张力和高牵张力可导致平滑肌细胞凋亡,但仍存在争议。平滑肌表面存在多种力学感受分子(如整合素及受体络氨酸激酶等)可以将力学信号转导为细胞内的化学信号(如Hippo通路),启动平滑肌细胞的凋亡信号,调控平滑肌细胞的凋亡。④总之,不同力学刺激通过多种信号分子,启动多个信号通路共同作用,调控平滑肌细胞的凋亡,例如剪切力主要通过刺激分泌前列腺素、转化生长因子等影响Fas/FasL、Akt通路;而牵张力主要通过Yes相关蛋白等调控YAP通路和Notch通路等。这些分子在不同的作用时间,或不同作用强度下可能发挥相反的双向作用,比如,小鼠血管平滑肌细胞受到10%生理牵张1 h时,其增殖增加;然而,人的血管平滑肌细胞牵张12 h后可以减少其增殖。临床可以通过寻找其关键作用时间点干扰力学转导关键分子,达到预防和治疗临床心血管疾病的目的。

胫骨内侧应力在跑步运动过程中的计算机仿真分析

背景:内侧胫骨应力综合征是困扰跑步者的一种常见的下肢慢性损伤,其损伤机制可能与“肌肉牵引”假说有关,然而这种假说还没有得到完全的证实。目的:使用肌骨仿真系统和有限元分析等方法,考察比目鱼肌、胫骨后肌、趾长屈肌在跑步过程中的收缩特征是否与跑步时胫骨内侧缘的应力水平存在相关性,从而影响内侧胫骨应力综合征的发生与发展。方法:将6名受试者不同速度跑步时的动作捕捉数据输入Anybody Modeling System骨肌仿真系统,对2.5,3.5,4.5 m/s三种跑步速度情况下的步态支撑期进行逆动力学仿真,将仿真得到的边界条件与有限元模型结合,考察胫骨内侧的应力分布情况。使用偏最小二乘回归方法分析自变量(肌力、弹性势能)与因变量(胫骨应力)之间的相关性。结果与结论:①胫骨应力水平在支撑期(1%-50%)存在速度间的统计学差异(P=0.044,F=3.834,η_(p)^(2)=0.040);②3种速度下,比目鱼肌的肌力与胫骨应力之间的平均相关性最高(r=12.999),其次胫骨后肌肌力与胫骨应力的平均相关性排名第二(r=-10.735),然后依次是趾长屈肌肌力(r=-9.751),胫骨后肌弹性势能(r=8.012),比目鱼肌弹性势能(r=9.076),趾长屈肌弹性势能(r=-4.782);③结果表明,跑步速度的增加,胫骨应力水平随之上升;比目鱼肌的收缩及吸收的弹性势能在跑步过程中的释放对于内侧胫骨应力综合征的发展将产生不可忽略的影响,而胫骨后肌和趾长屈肌的作用被高估了;综合来看,研究支持了“肌肉牵引”假说中比目鱼肌的收缩对内侧胫骨应力综合征发展发挥作用的推论。

不同弹性模量计算机辅助设计和计算机辅助制造桩核材料的应力分析

背景:桩核修复是牙体缺损修复的一种常规选择,然而不同桩核材料的修复效果存在差异。目的:利用有限元方法评估不同弹性模量桩核修复模型中桩核与牙根黏结剂部位的应力分布情况。方法:在三维建模软件中构建一个三维根管治疗过的上颌中切牙模型,进行全瓷冠修复,修复中的桩核材料分别使用纳米陶瓷树脂(弹性模量12.8 GPa)、复合树脂(弹性模量16 GPa)、混合陶瓷(弹性模量34.7 GPa)、玻璃陶瓷(弹性模量95 GPa)、钛合金(弹性模量112 GPa)和氧化锆(弹性模量209.3 GPa),将模型约束在皮质骨中,在中切牙牙冠舌侧1/3处加载与牙体长轴呈45°的100 N集中力,通过最大主应力分析修复模型中桩核、牙本质及桩与牙根黏结剂的应力分布。结果与结论:(1)当使用弹性模量较高的桩核材料时,修复模型中的桩核应力较集中;当使用弹性模量接近牙本质的桩核材料(纳米陶瓷树脂和复合树脂)时,桩核的应力分布较均匀;无论桩核材料如何,各修复模型中牙本质上的应力分布相似;使用弹性模量更高的桩核时,修复模型中桩与牙根黏结剂处显示出更多的应力集中。(2)纳米陶瓷树脂模型中桩核、牙根及桩与牙根黏结剂处的最大应力值分别为31.00,33.21,0.51 MPa,复合树脂模型中桩核、牙根及桩与牙根黏结剂处的最大应力值分别为36.84,33.14,0.59 MPa,混合陶瓷模型中桩核、牙根及桩与牙根黏结剂处的最大应力值分别为64.05,32.83,1.00 MPa,玻璃陶瓷模型中桩核、牙根及桩与牙根黏结剂处的最大应力值分别为112.30,32.69,1.73 MPa,钛合金模型中桩核、牙根及桩与牙根黏结剂处的最大应力值分别为120.00,32.17,1.86 MPa,氧化锆模型中桩核、牙根及桩与牙根黏结剂处的最大应力值分别为148.80,31.85,2.28 MPa。(3)桩核材料的弹性模量越高,进行桩核修复时桩核处的最大应力值越大,桩核材料弹性模量对修复模型中桩与牙根黏结剂处与牙本质的最大应力值无明显影响。

黑磷/黑砷异质结纳米器件热电性质应力调控研究

探索新型高性能低维热电纳米材料已成为国家重大发展策略.论文采用密度泛函理论结合非平衡态格林函数方法研究了由黑磷、黑砷纳米带构建异质结构在2%、4%、6%和8%四种拉伸应变作用下热电性能调控机理.研究结果表明,6%拉伸应变较其他情形,能够更有效抑制声子输运行为;与此同时,拉伸应变对于器件的电子输运的调控效果并不明显.在费米能附近,黑磷/黑砷异质结纳米器件在6%拉伸应变调控下热电优值达到最大值2.31.

压应力激活SOST/Wnt/β-catenin 通路诱导软骨终板细胞退变

背景:在许多可以导致椎间盘退变的因素中(衰老、营养匮乏、机械因素等),力学负荷被认为是极其重要的因素,但其机制尚不清楚。目的:探讨硬骨素和Wnt/β-catenin信号通路在压应力诱导终板软骨退变中的作用。方法:提取4周龄雄性SD大鼠软骨终板细胞,体外利用力学加载仪器对终板软骨细胞施加压应力,于压缩细胞1,3,5,7 d,采用CCK-8法测定细胞活力;Western blot、RT-qPCR及细胞免疫荧光等检查终板软骨细胞内软骨标记物(聚集蛋白聚糖、Ⅱ型胶原)、钙化相关因子(Runx2、骨钙素)、细胞外基质降解酶及信号通路基因(硬骨素、β-catenin)等表达。结果与结论:①压应力作用下,终板软骨细胞活力会随着压应力时间、强度增加而降低;②终板软骨细胞的软骨标记物(聚集蛋白聚糖、Ⅱ型胶原)表达下降,而钙化相关因子(Runx2、骨钙素)表达上升;③压应力能促进终板软骨细胞的细胞外基质降解,基质金属蛋白酶3、基质金属蛋白酶13表达量增加;④细胞内Wnt/β-catenin信号通路表达出现异常,其特异性抑制因子硬骨素伴随着β-catenin的异常积累而表达下降。结果说明:在压应力作用下,终板软骨细胞内硬骨素的表达下降,导致Wnt/β-catenin信号通路激活,促进软骨终板的钙化、退变与细胞外基质的降解,进而促进椎间盘退变。

青少年颈椎间盘突出症有限元模型建立及应力分析

背景:颈椎间盘突出症可引起肩颈部疼痛、上肢放射性疼痛,发病率逐年上升并趋于年轻化,充分了解青少年颈椎生物力学特点,对于延缓青少年颈椎间盘突出症具有重要意义。目的:利用有限元分析技术重建正常青少年及青少年颈椎间盘突出症患者的颈椎模型,分析C_(1)-T_(1)颈椎椎体活动度和纤维环、髓核、终板及小关节软骨的生物力学特征。方法:选择正常青少年和青少年颈椎间盘突出症患者各1例,将连续扫描的颈椎CT原始影像数据以DICOM格式导入Mimics 21.0,分别重建C_(1)-T_(1);随后将建立好的模型导入3-Matic软件进行椎间盘重建,将完善的模型导入Hypermesh软件,对椎体、髓核、纤维环、韧带进行网格划分,生成有效的几何模型,赋予材料属性后将最终模型导入ABAQUS软件中。观察C_(1)-C_(7)各节段颈椎椎体在不同工况下的关节活动度,并分析各节段颈椎纤维环、髓核、终板及小关节软骨的生物力学特征。结果与结论:(1)正常青少年与颈椎间盘突出症青少年患者颈椎模型C1在6种工况下的关节活动度均高于其他椎体,且正常青少年各节段颈椎椎体活动度均大于颈椎间盘突出症青少年患者;(2)正常青少年颈椎模型纤维环及髓核应力最大值在C_(2-3)左侧屈工况(0.43 MPa,0.17 MPa),颈椎间盘突出症青少年患者颈椎模型应力最大值在C_(7)-T_(1)左侧屈工况(0.54 MPa,0.18 MPa);(3)正常青少年颈椎模型终板应力最大值在C_(3)上终板左侧屈工况(1.46 MPa),颈椎间盘突出症青少年患者模型终板应力最大值在C7下终板左侧屈工况(1.32 MPa);(4)正常青少年颈椎小关节软骨应力最大值在C_(2-3)左旋转工况(0.98 MPa),颈椎间盘突出青少年患者的小关节软骨在不同工况下以C_(1-2)应力增加最明显,应力最大在左侧屈(3.50 MPa);(5)提示与正常青少年相比,颈椎间盘突出症青少年患者颈椎曲度改变,颈椎整体关节活动度下降;颈椎间盘突出症青少年患者纤维环、髓核及终板在C_(7)-T_(1)节段应力明显增大;C_(1-2)左侧小关节软骨应力明显,颈椎曲度异常可能是引起应力改变的主要因素。

上颌中切牙种植联冠应用角度基台在不同种植体间距的应力分析

背景:在口腔多颗牙种植修复治疗中,不同的植入间距和基台角度影响着植体内部组件及骨组织处应力的分布,修复体与骨组织的应力分布是否平衡直接决定着种植体的使用寿命以及周围骨组织的稳定性。目的:分析上颌中切牙联冠修复体在3种植入间距时应用不同角度基台修复对修复体各部件及周围骨组织应力分布的影响。方法:在CT数据库中提取1例需行上颌中切牙种植修复患者的CT影像数据,导入Mimics 21.0软件提取上颌骨模型,在Geomagic软件处理后导入SolidWorks 21.0软件,绘制并构建上颌中切牙种植联冠修复体模型,在ANSYS Workbench 21.0软件中分别对3.0,2.5,2.0 mm植入间距的种植体模型应用0°,10°,20°,30°角度基台后进行加载,分析种植体及周围骨组织的应力分布情况。结果与结论:①在3.0,2.5,2.0 mm间距植入模型中,各部件的应力峰值随着植入基台角度的增大而增大,每种间距植入模型中30°基台修复时种植体及各部件所受应力峰值最高,最大等效应力峰值均出现在固位螺丝与角度基台连接处;在应用30°基台修复时,种植体周围骨组织所受应力最大;②所有模型的应力主要集中于皮质骨唇舌侧;③种植体间骨的应力分布和应力值随着种植体间距离的减小而增加,0°及10°基台修复模型都显示出比20°和30°基台模型显著更低的应力值;④结果显示,基台角度以及植入间距对种植体周围骨组织应力的分布有一定影响,当基台角度增加时,种植体受到轴向和斜向载荷,种植体周围的应力模式上升,30°基台种植修复体对骨组织应力较大,达到了皮质骨的骨吸收阈值,10°和20°基台修复应力较小于30°基台,临床上选择基台时应慎重考虑大于20°基台修复。

三维有限元分析不同工况下牵引上颌埋伏尖牙牙周应力分布

背景:在正畸治疗埋伏尖牙过程中,粘接正畸附件的部位、角度、力值对牵引效果及牙周有较大影响,但目前对合适牵引部位、角度和牵引力值大小的相关研究较少。目的:通过三维有限元分析正畸矫治过程中不同牵引力作用下上颌埋伏尖牙的牙周应力分布。方法:选用1例上颌埋伏尖牙患者的锥形束CT扫描数据,建立包括埋伏尖牙、上颌骨骼及其周围支持结构在内的三维有限元模型,在埋伏尖牙唇侧切1/3、中1/3及颈1/3部位,分别施加与牙齿长轴呈60°,90°,120°角的牵引力(30,60,90 g),分析埋伏尖牙牙周膜Von Mises应力分布。结果与结论:①不同工况下埋伏尖牙的牙周应力分布基本相似:在尖牙切1/3施力时,模型中靠近颈部牙周膜Von Mises应力较小,舌面近颈部牙周膜Von Mises应力较大;在尖牙中1/3施力时,模型中靠近颈部牙周膜Von Mises应力较小,唇面近颈部牙周膜Von Mises应力较大;当在尖牙颈1/3施力时,模型中靠近牙颈部牙周膜Von Mises应力较小,唇面中部牙周膜Von Mises应力较大。②当施力部位、角度相同时,随着施加力的增加,牙周膜最大Von Mises应力呈增加趋势;当施加力大小、角度相同时,尖牙切1/3、中1/3及颈1/3部位牙周膜最大Von Mises应力呈递减趋势。在尖牙切1/3部位施加相同大小的力时,随着施力角度的增加,牙周膜最大和最小Von Mises应力均呈减少趋势;在尖牙颈1/3施加相同大小的力时,随着施力角度的增加,牙周膜最大Von Mises应力呈递增趋势。③结果显示,牵引上颌埋伏尖牙尽量在靠近牙颈部的部位粘接托槽,牵引上颌埋伏尖牙时牵引方向与牵引部位有关,牵引力一般为30-60 g之间。

预应力拱形管桁架中索的位置对结构的影响分析

在大跨度空间结构中,预应力管桁架是一种常用的结构形式,由于预应力索的引入,能够最大限度优化结构内力,增大结构竖向刚度,减小支座水平推力。而索的位置是否合理,直接影响到结构整体受力的合理性以及用钢量的大小。以重庆某预应力管桁架料场大棚为例,通过在有限范围内调整索的位置,选取多个结构控制指标进行对比,研究计算结果对结构整体的影响,从而确定较为合理的索布置。分析结果表明,以反弯点处为基准,索的位置向上调整,则支座反力和挠度增大,最大杆内力也会相应变大,实际工程中,索的位置建议根据结构的外形,通过单线模型先确定反弯点高度,结合工艺的要求,在此位置上下1至2个节间范围内为宜。

深水钢桁梁无承台特大桥无应力状态法合龙应用研究

深水区域钢桁梁特大桥无承台桩基施工需要特别考虑施工工艺及其受力体系控制。依托四川汉源兰家湾特大桥工程,基于无应力状态方法分析计算钢桁梁特大桥的无桩基承台施工技术以及合龙施工的若干力学研究。结果表明,通过搭建深水区域无承台的特大桥桩墩结合施工,在其上进行钢桁梁安装拼接的无应力状态法合龙施工可取得良好受力整体性效果。所述方法可解决在较深水流条件下的特大桥桩基施工与整体受力控制难题,可为类似工程提供技术参考和借鉴。

空间异形钢结构拱桥拱脚局部应力分析

空间异形钢结构拱桥设计计算比较复杂,以锦言大桥为例,对空间异形钢结构拱桥拱脚钢混结合段进行有限元建模分析,采用板单元模拟钢结构,采用实体单元模拟混凝土结构,采用线单元模拟预应力钢束。根据桥梁总体结构模型最不利作用组合计算结果获取钢拱肋在拱脚位置结构受力,通过对拱脚相关构件进行分析计算,提出拱脚的设计思路及施工注意事项,为相关桥梁提供一些参考价值。

不同应力路径下层理煤体力学特性试验研究

为探究不同应力路径下层理煤体力学特性和破坏特征,利用MTS816岩石力学试验系统对0°、30°、45°、60°和90°层理倾角煤样开展了常规三轴加载、增轴压卸围压和恒轴压卸围压应力路径下的力学试验,分析了应力路径和层理倾角对煤样强度、变形及破坏特征的影响规律。研究结果表明:(1)常规三轴加载条件下煤样在达到峰值强度前,应力-应变曲线呈近线性关系,达到峰值强度后,应力-应变曲线迅速跌落;增轴压卸围压条件下,随着卸荷比的增加,轴向应变增量比呈线性增加趋势,而环向应变增量比和体积应变增量比呈低速增长-急剧增长-平稳增长的三阶段变化特征;恒轴压卸围压条件下,轴向应变增量比、环向应变增量比和体积应变增量比均呈低速增长-急剧增长的两阶段变化特征。(2)随着层理倾角的增加,不同应力路径下煤样峰值强度和轴向峰值应变均呈先减小后增大的V型变化趋势,在0°时达到最大值,在60°时达到最小值。(3)随着卸荷比的增大,煤样变形模量先平缓后迅速劣化,泊松比先缓慢增加后呈指数形式增加,临界卸荷比随层理倾角的增大先增加后减小;当层理倾角相同时,增轴压卸围压条件下的临界卸荷比低于恒轴压卸围压。(4)常规三轴加载条件下煤样发生脆性剪切破坏,增轴压卸围压和恒轴压卸围压条件下煤样呈张拉-剪切混合破坏模式,当层理倾角为60°时,煤样主剪切破裂面角度与层理倾角几乎一致。

页岩储层应力敏感性的时间效应

有效应力及其作用时间是控制岩石孔隙和裂缝变形的重要外部因素。页岩储层的多尺度孔隙结构特征及孔缝配置关系使得其应力敏感时间效应具有特殊性,然而,以往研究尚未考虑有效应力加载及卸载时间对页岩应力敏感行为的影响。以川南威荣气田龙马溪组页岩气藏为研究对象,钻取不同孔缝发育程度的页岩样品,设计并测试了变有效应力状态下变加载及卸载持续稳定时间对岩样渗透率的影响实验。结果表明:1)有效应力从5 MPa升至35 MPa时,微裂缝岩样和基块岩样渗透率分别降低了66.82%和27.19%,卸载过程中渗透率恢复率为74.73%和79.82%。页岩渗透率越低,有效应力滞后效应越显著;2)恒定有效应力加载持续稳定时间从2.5 h延长至10.0 h,应力敏感系数增加3.76%∼80.17%,且当有效应力较小时的时间效应更显著。研究认为,页岩组分及多尺度孔缝结构是导致其孔缝变形行为差异性的主因。基于实验研究结果,推荐页岩样品老化处理为6.0 h,提出了优化页岩储层敏感性评价实验方案和优化气井工作制度的建议。

稠油热采井射孔孔眼应力分析及影响因素

针对稠油热采井生产过程中,射孔井段套管频繁出现损伤断裂的问题,基于弹塑性和热力学理论,采用有限元方法建立注汽—焖井—生产过程射孔套管有限元热力学耦合模型,对各阶段射孔套管应力分布特征进行研究,并开展不同射孔参数下射孔套管强度影响规律分析。研究表明:生产过程中射孔孔眼位置出现明显应力集中现象,在温差及内外压差等共同作用下,注采前期套管应力最大可达498.16 MPa,并逐渐产生塑性失效现象,当注采作业完成时,套管塑性失效现象最严重;随着射孔相位角增大,射孔密度对Mises应力值的影响逐渐减小,而套管孔眼最大应力与射孔相位角成反比关系。该研究对延长稠油热采井射孔套管使用年限和保障正常生产作业具有十分重要的意义。

混凝土冻融作用下冻结应力演化规律及对抗冻性能的影响

为了探究严寒地区混凝土冻害机理及冻结应力对混凝土抗冻性的影响,基于大型极端气候模拟器模拟-40℃低温冻害的条件,采用研制的冻结应力测试装置对F300高抗冻等级混凝土在冻融单次降温阶段及降温-升温冻融循环两种模式下的冻结应力及抗冻性能进行研究,同时利用了环境扫描电子显微镜对冻融循环作用下的混凝土微观裂缝进行了测试研究。研究表明:-40℃单次降温过程中降温速率越快,冻结应力出现的时间越早、混凝土内部产生的冻结应力增幅也越大;冻融循环降温阶段产生的冻结应力会随降温-升温冻融作用的不断循环而累积增大,且冻结应力的发展存在转变拐点,在相同降温终了试件中心低温条件下,降温阶段的降温速率越大,冻结应力由增加转入减小的拐点出现越早;冻融过程中的冻结应力与混凝土质量损失、相对动弹性模量两个抗冻性常用评价指标有较好的对应关系;冻结应力逐步使水泥浆体产生损伤,表现为微观裂缝的生成与发展,损伤积聚产生冻害。

多期构造应力控制走滑断控储层发育机理与差异性研究——以塔里木盆地顺北地区为例

塔里木盆地顺北油气田发育典型走滑断控缝洞型储层。区别于受原始沉积相带控制的基质孔洞、受岩溶改造的洞穴等储集类型,走滑断控缝洞型储层的形成主要受断裂活动期构造应力导致的破裂作用控制。为研究走滑断裂多期活动背景下构造应力控制的断控储层发育机理与分布规律,综合应用野外、岩心、测录井、地震及钻井动态等资料,开展不同走滑断裂、同一走滑断裂沿走向不同部位、垂向不同层系断控储层发育特征表征,并结合应力场数值模拟手段开展多期构造应力恢复,预测断控储层发育的主要时期与分布规律。结果表明,走滑断裂活动期不同分段内部应力状态差异显著,其中拉分段内部以张应力为主,主要派生张性裂缝;压隆段内部以挤压应力为主,派生裂缝类型多样。顺北地区勘探目的层奥陶系一间房组顶面断控裂缝主要在加里东中期Ⅲ幕及加里东晚期—海西早期发育,海西中—晚期及之后裂缝基本不发育,且滑移距大的顺北18号断裂带较顺北1号断裂带派生裂缝开度、密度更高。走滑断控储层具有“簇状”结构特征,断裂活动期不同分段内部应力状态控制储层结构差异,拉分段“空腔”多,以“双簇”结构为主,核带规模大,压隆段核带结构多,以“多簇”结构为主,分割性强;走滑断裂活动期应力强度控制储集空间类型与规模,小型断裂储集空间以裂缝为主,大型断裂带发育核带结构,断控储层规模与断裂活动强度呈正相关关系;断控裂缝发育主要受断裂早期活动控制,晚期由于地层埋深增大,岩石不易破裂,新派生裂缝发育较少。

三轴应力下CO_(2)置换开采天然气水合物实验研究

为模拟海域真实环境,在三轴应力、氯化钠体系以及水合物储层富水状态的条件下,开展针对氯化钠体系、储层初始饱和度以及置换压应力对液态CO_(2)置换开采海域天然气水合物的实验。研究表明:在三轴应力以及孔隙度约46.70%的条件下,氯化钠体系对CH4置换效率影响较小,但对CO_(2)水合物合成表现出抑制作用;储层初始饱和度与CH4置换效率之间是负相关关系且高的储层含水率更有利于CO_(2)封存;CH4置换效率随着置换压应力的增长有一定幅度的提高,置换压应力的增大为CO_(2)水合物合成提供了高的驱动力,进而提高了CO_(2)封存效率。