基于有限元数值模拟的直流电阻率激电找矿探测技术

为提高直流电阻率激电探测成果地质解释准确性,促进直流电阻率激电在找矿勘查中的应用,采用有限元数值模拟对直流电阻率激电探测中低阻高极化体、直立板状体、低阻盖层、高阻盖层、地表不均匀体、地形起伏及实测数据反演解释几个主要方面进行了对比分析。研究结果表明,对于实际勘查中的反演解释结果,根据异常特征构建地质体模型并进行有限元数值模拟,能快速判别探测目标体异常属性、区分虚假异常,提高定量解释水平及找矿勘查效率。研究结果为直流电阻率激电找矿探测定量解释提供了参考。

NaF-AlF_(3)体系热导率的有限元数值模拟

固态/液态铝电解质热导率是开展铝电解槽热平衡计算的重要参数,对预测电解槽侧壁上的电解质炉帮厚度变化具有重要意义。本文采取传感器测量与有限元数值模拟相结合的方法,开发研究了一种确定熔盐热导率的新方法。使用ANSYS/Fluent软件中的流体体积模块、离散坐标辐射模块和熔化/凝固模块对传感器冷却过程的热行为进行数值模拟,以测试值和模拟值的残差分析为标准来确定铝电解质的热导率。研究结果表明,该方法对单组元熔盐的热导率和双组元熔盐的热导率的计算都有效。利用该方法,建立了NaF-AlF_(3)体系的固态热导率和熔融态热导率的温度分段函数方程,用于计算该体系随着分子比变化和温度变化的热导率,计算结果与文献数据良好吻合。

基于复合弹性体界面粘接强度计算的有限元数值模型构建

基于硅凝胶复合弹性体,构建有限元数值计算模型用于计算其界面粘接强度。该模型包括内聚力和具有Mullins效应的超弹体材料力学模型,分别描述了复合弹性体在剥离时界面处能量损耗和周围材料形变时的能量损耗。使用Abaqus可直接实施算例,其算例所需相关计算参数可通过相应的材料力学表征得到。由于与试验结果即其数据曲线的变化趋势、幅度与区间等相近,证明所构建有限元数值模型具有一定的准确性。这一研究为通过有限元数值计算来预测材料性能提供了新的思路,以取代复杂的试验表征方法。

有限元数值模拟技术在潜山裂缝定量预测中的应用——以珠江口盆地惠州凹陷惠州26构造为例

潜山储层的裂缝发育预测是勘探开发领域一个技术难题。目前多采用地震刻画、地震属性提取、周边钻井资料揭示以及岩芯观察等方法对地下裂缝的分布情况进行预测,但存在不少问题。笔者等通过有限元数值模拟方法对珠江口盆地惠州26构造裂缝发育情况进行预测,并提出预测流程。该方法首先采用断层生长连接分析结合演化史分析建立合适的几何模型和数理模型,通过给定力学参数和边界条件,模拟裂缝主要形成期文昌期、恩平期的古构造应力场,最终通过对张应力和剪应力大小及分布的分析来预测储层构造裂缝的发育程度。模拟结果显示,文昌期裂缝强烈发育区位于F2断层西段和F1断层西段,在惠州26构造处,构造的高部位裂缝发育强度较强,在4井位置裂缝发育较弱,在7井位置发育较好的裂缝。恩平期受应力方向和大小的改变影响,主要的裂缝发育区集中在F2断层下盘惠州26构造高部位。将预测结果与钻井结果进行比较,预测结果和钻探结果较一致,印证了该方法在古潜山裂缝预测中的实用性。有限元数值模拟方法不仅能够恢复构造裂缝形成期构造应力场的分布情况,也可以对储层构造裂缝的分布及发育程度进行预测,为裂缝型潜山油气藏勘探开发提供技术支持。

基于有限元数值方法的钻杆天线磁芯槽优化研究

针对某型石油钻杆天线磁芯槽优化设计问题,依据工程实际提出了磁芯槽的优化原则,通过有限元数字仿真结果,对某型钻杆天线磁芯槽在槽的结构尺寸和槽的数量等参数进行了优化,获取了该型钻杆天线磁芯槽的最佳结构尺寸和天线磁芯槽数量。所得方法与结论可为磁芯槽的数值仿真,以及钻杆磁芯槽结构与数量优化设计提供理论与技术参考。

连续电性介质线源井-地电位三维有限元数值模拟

为了更好的研究油藏开发过程中剩余油的分布情况以及注水前沿的推进位置,给出了三维空间任意线电流源且电导率连续变化的井-地电位三维有限元数值模拟方法。在模拟过程中,采用异常电位法消除线电流源奇异性的影响,并且将网格节点间的电导率设计为连续变化,使其能够模拟实际中更为复杂的地质情况;考虑到采油井或注水井可能存在垂直、倾斜及水平等任意情况,推导了任意线电流源正常电位的计算公式;采用对称超松弛预条件共轭梯度法解大型线性方程组,解决了井-地电位三维模拟速度慢的问题,并编制了实用、高效的井-地电位三维模拟软件。通过对3例地电模型进行模拟计算,分析了水泥环胶结质量、回流井到观测井的距离以及目标层的深度对井-地电位观测结果的影响。

各向异性弹性波场的有限元数值模拟

研究了各向异性弹性波有限元正演系统的精度和效率问题 ,提出了一种透射加衰减的组合人工边界方案 (吸收边界条件 ) ,它对各向异性波具有较好的吸收效果 ,并且有较好的稳定性能 .均匀TI介质中的模拟获得了非常清晰的波场快照 ,其波场特征与理论分析能够准确吻合 .各向异性介质模型的地表地震记录表明 ,各向异性波炮集记录在波的类型、同相轴形态、能量分布和相位等方面与各向同性波都有很大差别 .

辽宁及邻区地壳构造应力场及其与地震活动关系的三维有限元数值模拟研究

依据最新的辽宁及其邻近地区地壳上地幔三维地震波速结构 ,并考虑地质构造、断裂以及地壳深部的构造环境等因素 ,建立研究区的三维地质模型 ;结合震源机制解与原地应力测量资料 ,分析区域现代地应力场特征 ,确定了研究区的边界约束和动力边界条件 .在以上基础上 ,采用线弹性介质模型进行研究区三维构造应力场的有限元数值模拟 ,探讨研究区地壳应力场的基本特征 .对比分析表明 ,本区地壳内应力场的三维有限元数值模拟结果与已发生的地震有着较好的对应关系 。

高速冷滚打成形过程的有限元数值模拟

通过对高速冷滚打成形原理进行分析,利用有限元软件Abaqus对LY12铝合金高速冷滚打成形过程进行数值模拟;计算了成形过程中的变形击打力;并利用自行设计的试验装置进行了连续成形过程中变形击打力的试验验证。结果表明:高速冷打滚成形的数值模拟结果与实际试验结果基本一致,验证了数值模拟的有效性,为进一步深入研究高速冷滚打成形技术奠定了理论及应用基础。

起伏地形电导率连续变化的三维激电数据有限元数值模拟

为了模拟起伏地形条件下的地电体,这里给出了电导率连续变化的三维激电数据有限元数值模拟方法。在模拟过程中,采用超松弛预条件共轭梯度法解线性方程组,并探讨了模拟的计算精度和效率问题。最后,对起伏地形下的地电体进行模拟,验证了本文算法的正确性和可行性。

低渗透气藏介质变形-渗流耦合有限元数值模拟

低渗透气藏开发过程中介质变形对储层孔隙度、渗透率及产能的影响不可忽视。综合考虑储层变形、地应力、流体渗流等因素，建立了低渗透气藏介质变形一渗流耦合模型；采用有限元数值模拟技术并开发相应程序对耦合模型进行求解，定量研究开发过程中储层变形及其对储层物性和气藏产能的影响。数值模拟结果表明：非均匀水平地应力造成近井壁区域储层变形及渗透率变化各向异性，产能评价中应综合考虑介质变形的影响。

大型地下立交正交下穿段三维有限元数值分析

在大型互通式地下立交工程中,下穿隧道往往都处于整个地下立交工程的最低点,需要设置排水泵房,于是造成了在一定空间范围内的多洞室开挖。下穿隧道及排水泵房的修建不可避免地会对上覆小净距隧道产生影响,本文针对地下立交工程中隧道正交下穿段,以厦门东坪山地下立交工程为背景,采用三维有限元方法对新建下穿隧道的施工过程进行动态模拟,分析下穿段隧道动态开挖时,整个正交下穿段位移和变形的变化规律。计算结果表明:下穿隧道和排水泵房施工时整个下穿段将产生不均匀沉降、不均匀侧移和变形,需要对下穿段隧道和排水泵房所处的围岩进行加固,并在上覆隧道相应处设置防护钢拱架。

有限元数值模拟技术应用于基坑降水设计和结构防浮分析

利用有限元数值模拟技术进行建筑基坑开挖工程降水设计,在首都机场新航站楼工程中,用此项技术进行基坑降水和结构防浮分析,取得良好了效果。与传统的设计方法相比,该技术具有能适应复杂含水地层,满足不同开挖深度的基坑降水设计,具有全面模拟整个降水过程的水量和水位变化的优点。

长周期地震动三维有限元数值模拟方法

采用数值方法对长周期地震动进行模拟已成为当前强地面运动预测的研究方向之一。本文提出了一种有限元并行计算的高效地震动数值模拟方法,可以同时考虑震源、传播途径和场地条件对地震动的影响,并根据昆明地区未来可能发生的设定地震对昆明市的影响地震动进行了预测。这一方法可以应用于国内已探测的发震活断层进行地震危害性评价工作。

喜马拉雅西构造结及邻区岩石圈演化三维有限元数值模拟

用数值模拟的方法探讨了自10 Ma以来喜马拉雅弧形造山带的西构造结及邻区岩石圈的形变和位移变化特征，并采用不同的流变参数和流变结构模拟了前2 Ma内的形变和应力场的演化过程，通过对不同黏性系数、本构关系和初始地壳厚度的改变在演化过程中所起的作用研究表明：（1）采用黏弹性模型时，西构造结区黏性参数的选取对西构造结及邻区隆升高度和隆升范围有重要影响，计算结果给出西构造结区地壳黏性系数应小于1023Pa·s；（2）相对刚性的塔里木盆地采用弹性结构时，对整个西构造结区域的应力和应变场均能引致明显变化；（3）力学性质稳定块体的存在并没有使应力场的传播出现明显的解耦现象.

斜长石、辉石混合模型的电导率有限元数值计算研究

以岩石实验中矿物的几何形态及空间分布为建模依据,以实验条件及单矿物电导率的测量结果为约束条件,用有限元数值方法模拟了不同微观结构的斜长石、辉石混合物在施加电压后电势及电流的分布情况,并计算了混合模型在不同温度条件下的电导率.研究结果显示,数值模型网格数及矿物颗粒数的选取对电导率计算结果的精度有较大影响,在体导电情况下,模型电导率因矿物比例含量和排列结构而异.当斜长石及辉石随机分布时,随着辉石含量的增加,混合模型电导率在不同温度下均有所增加,且温度越高,增加幅度越大,电导率的有限元模拟计算结果接近于有效介质渗透理论模型,且位于并、串联模型之间以及HS模型的上、下边界范围内;在斜长石及辉石含量一定的情况下,各矿物的排列分布对电导率计算结果也有一定的影响,当矿物颗粒大小接近且分布均匀时,模型中电势沿电流传导方向变化较为均匀,模拟计算得出的电导率相对较高,当矿物颗粒大小差别较大及分布不均匀时,电势分布受到一定的扰动,电导率计算结果也较低.将混合模型电导率有限元计算结果与辉长岩、辉绿岩及玄武岩实验测量结果进行比较,显示这3种岩石样品电导率与温度变化关系的斜率均与混合模型计算结果的斜率相接近,表明这些岩石在所选温度段导电机制与斜长石、辉石混合模型相似,用斜长石、辉石混合模型的电导率研究玄武岩、辉长岩及辉绿岩的导电性具有适用性.将混合模型有限元计算结果与玄武岩、辉长岩、辉绿岩覆盖区地壳大地电磁实测结果对比,发现大地电磁电导率结果位于混合模型计算结果范围内,用斜长石、辉石混合模型模拟玄武岩、辉长岩等岩石地壳具有一定的可行性.

电子封装件受热载荷作用有限元数值模拟分析

针对典型塑料方形扁平封装体PQFP在工作过程中的受热分析问题,基于热弹性力学理论建立了二维和三维有限元数值模拟分析模型.研究了封装体在功率耗散情况下受均匀和非均匀热载作用时其材料的热膨胀和导热性质.有限元数值模拟取得了与实验一致的结果.数值结果表明,采用较小弹性模量和热膨胀率的材料可以有效地减小热应力,基板和芯片的厚度是影响封装体变形的主要参数.数值分析结果为提高封装件的可靠性和优化设计提供了理论依据.

基于有限元数值模拟的致密储层体积压裂效果影响参数分析

致密储层体积压裂作业后形成复杂裂缝网络,通过改变压裂井附近的渗流场来增大水平井产量,目前针对致密储层体积压裂影响参数对水平井投产后不同时间段压裂效果影响的权重分析较少。通过建立适用于致密油藏油水两相有限元方程对复杂裂缝网络进行有限元数值模拟,采用正交实验与灰色关联法分析水平井体积压裂影响参数在油井投产10年内对产能的影响程度。研究结果表明,裂缝导流能力决定水平井压裂初期产能,裂缝长度决定水平井日产量的递减速度以及后期阶段稳产的产量水平,随着压裂井生产不断进行,裂缝长度取代裂缝导流能力成为影响产量的关键性因素。水平井投产不同时间段内各影响参数对压裂效果的影响程度研究可以为致密储层体积压裂水平井施工设计提供理论支持。

GIS在边坡有限元数值分析前处理中的应用

有限元数值分析是边坡稳定性研究中较为常用的定量分析方法 ,但有限元分析的前处理工作通常比较繁琐 ,从而影响了该方法的整体工作效率。利用GIS软件实现了从计算剖面确定、计算剖面自动绘制到网格自动剖分的全部前处理过程。有效提高了边坡有限元计算的前处理工作效率 。

Muglad盆地形成力学机制的有限元数值模拟

以早白垩世Muglad盆地的地质背景为基础,运用弹性力学有限元数值模拟方法,通过对应力场的分析,为盆地形成的力学机制提供依据。模拟结果表明,Muglad盆地是受走滑作用和拉张作用共同影响形成的被动裂谷盆地,指示Muglad盆地是在中生代泛大陆裂解的大背景下,在非洲大陆的走滑作用和拉张作用的共同作用下形成和发育的,而不是简单地由走滑作用诱导形成。