基于线性和双曲型Drucker-Prager准则的水泥环完整性研究

水泥环在油井使用中起着至关重要的作用,它可防止层间错流,并为套管提供支撑。考虑到井下条件的复杂环境,数值模拟在水泥环完整性评价中起着重要作用,准确描述水泥环的力学性能变得越来越重要。本文对水泥石的破坏准则进行了研究。为了预测不同胶结石的强度特性,对胶结石进行了单轴拉伸和三轴压缩实验。根据实验结果,采用线性Drucker-Prager(D-P)准则和双曲型D-P准则对水泥石的破坏进行了预测。采用热-力耦合有限元模型对高温条件下水力压裂过程中水泥环的完整性进行了评价。实验结果表明,双曲型D-P准则在压缩剪切和拉伸破坏方面都比线性D-P准则具有更好的精度。

隔离非线性平面应变单元模型及其在Drucker-Prager模型中的应用

提出了一种基于隔离非线性理论的平面应变单元分析模型。对于线性的四边形等参单元,采用2×2个高斯积分点作为单元的非线性应变插值点。考虑到平面应变单元面外无应变分量存在,故仅在面内的3个方向建立非线性应变场以及相应的控制方程。采用Woodbury公式与组合近似法联合求解控制方程,使得整个非线性分析过程仅为多次的初始弹性刚度矩阵回代计算以及稀疏矩阵与向量的乘积,极大地提高了控制方程的求解效率。基于时间复杂度的计算效率分析表明:所提算法的计算效率相对传统变刚度法显著提高,且相对于精确的Woodbury公式,则大大提高了非线性自由度的临界比例。将Drucker-Prager准则的转移应力解析解法用于典型平面应变模型的非线性分析,数值算例验证了平面应变单元模型的正确性以及算法的高效性,为平面应变类型的非线性分析提供了一种新思路。

基于修正D-P准则的迫击炮座钣-土壤模型在强冲击载荷下的动态响应

目前在ABAQUS软件中计算迫击炮座钣模型时选择的土壤计算模型是软件中自带的D-P(Drucker-Prager)模型,与实际情况存在一定差距。为提高某迫击炮座钣-土壤耦合模型的计算精度,建立座钣-土壤耦合有限元仿真模型,将一种修正的D-P准则应用于迫击炮座钣-土壤耦合计算中的土壤屈服准则,该准则引入了一种角隅模型,考虑了拉剪屈服曲线的修正。并且,为验证应用效果,设计并开展强冲击载荷下迫击炮座钣-土壤动态特性试验,获得座钣及土壤中测点的动态响应值。数值计算和试验测试结果表明,修正D-P屈服准则可以较好地描述试验现象,从而可提高迫击炮座钣-土壤耦合模型的计算精度,为座钣的设计提供参考。

船闸闸首非线性有限元计算分析

在船闸下闸首工程的结构计算分析中,考虑地基土体材料的非线性特性,采用非线性有限单元法,对嘉陵江新政船闸下闸首进行了计算分析研究。运用ANSYS10.0通用计算软件,建立了三维非线性弹塑性有限元模型,采用D-P准则对闸首的回填土和地基土体进行计算,经对嘉陵江新政船闸闸首在不同工况下的应力和应变分布特征进行分析比较,验证了模型的正确性和实用性。

某隧道围岩稳定性有限元数值分析

某隧道地处峡谷地带,工程地质条件比较复杂,且地表水丰富。结合某隧道的工程实际,利用Drucker-Prager屈服准则,运用大型通用有限元软件ANSYS8.0对该隧道进行二维非线性有限元模拟分析,以评价其整体稳定性。根据计算分析结果,指出了隧道相对危险处,确定了重点监测与支护加固区,同时对类似工程也具有一定的指导意义。

基于初始孔隙率的千枚岩损伤模型分析

千枚岩由于成岩历史及赋存环境不同,内部的初始孔隙率不同,力学性质也相差很大。因此,在研究千枚岩的力学性质时,考虑初始孔隙率是非常有必要的。基于岩石的应变强度理论和Drucker-Prager(D-P)屈服准则,考虑了初始孔隙率对力学性质的影响,结合千枚岩的应力应变曲线,建立了基于初始孔隙率的千枚岩损伤模型。并通过对千枚岩岩样进行核磁共振试验和单轴压缩试验进行了验证。结果表明:建立的损伤模型能够较为准确的描述不同初始孔隙率条件下千枚岩的应力应变关系。本文模型对于千枚岩的损伤软化问题以及千枚岩力学性质的研究具有重要意义。