基于岩石颗粒排列方式的低渗透储层应力敏感性分析

以颗粒堆积模型为基础,考虑了低渗透岩心颗粒不同排列方式和不同变形方式,建立了毛管束模型,并通过颗粒Hertz接触变形原理对毛管变形量进行计算,研究毛管和多孔介质应力敏感性定量表征关系,通过有效毛管分数和毛管变形规律探讨了低渗透储层应力敏感性的作用机制。研究表明,低渗透储层的应力敏感性主要表现为渗透率的应力敏感性,相比于渗透率应力敏感性,孔隙度应力敏感性较弱;低渗透储层应力敏感性与岩石颗粒排列方式、颗粒变形方式、岩石微观孔隙结构、固液界面作用力和启动压力梯度效应等密切相关;考虑有效毛管分数和毛管变形量的多孔介质应力敏感性量化模型可从应力敏感性微观作用机制角度解释低渗透储层应力敏感性。

不同颗粒排列对砂土力学特性的影响研究

土的结构性研究的根本任务是寻找一种能够全面反映土粒排列和胶结特征的定量化指标。通过对不同颗粒排列方式下结构性砂土展开三轴固结排水剪切试验,研究了不同的颗粒排列方式对砂土力学特性及其应力-应变特性的影响效应,初步探索了颗粒的排列对砂土强度的影响规律。试验结果表明:相对密实度大的试样的内摩擦角值均高于相对密实度小的;相对密实度相同时,混合试样的内摩擦角明显高于排列试样,从下到上颗粒由大到小排列样的强度最大,反之对应的强度最小;这对工程实践,尤其是公路、铁路等路基填方工程有较好的指导意义。

考虑颗粒排列的土体几何迂曲度模型

迂曲度反映了流体在土颗粒中的流动路径,是研究土体透水透气性质的重要参数。目前研究通常认为迂曲度仅与孔隙率有关,但不同文献的迂曲度表达式存在一定差异,造成差异的原因可能是存在其他影响迂曲度的因素。建立了流体在层流状态下通过正方形颗粒的物理模型,通过确定颗粒间位置关系和流径的几何关系,提出了迂曲度计算模型。同时,对比结果表明本文模型的计算结果与数值模拟结果、文献中试验结果存在很好的一致性,证明了模型的有效性。最后,分析了颗粒排列分布对迂曲度的影响,确定了迂曲度的取值区域。提出的模型证实:颗粒的迂曲度不是孔隙率的单一函数,排列分布也对迂曲度有影响。

土颗粒排列与胶结作用对人造结构性土结构性影响研究

人工制备结构性土通常在土中添加发泡聚苯乙烯(EPS)和水泥等外加剂实现土颗粒预定排列方式与粒间胶结作用,从而形成土体的结构性。然而目前针对土颗粒排列与胶结作用对人造结构性土结构性影响的研究较少。为此研究了土颗粒排列和粒间胶结对土体初始结构性和结构性演变过程的影响规律及其作用机理。研究结果表明:土体初始结构性随着EPS掺量及其粒径增大而减小,随着水泥掺量增大而增大。这是因为EPS掺量和粒径越大,土体中孔隙数量越多,孔隙体积越大,减弱了土颗粒之间的胶结作用,从而降低土体的初始结构性;而水泥掺量越大,水化产物越多,土体的孔隙体积越小,胶结作用越显著,从而提高土体的初始结构性。在结构性演变过程中,初期应力较小时,土体的结构性随EPS掺量、粒径和水泥掺量的增大而增大,这主要与EPS颗粒吸能减能作用和水泥水化产物胶结作用的增强有关。研究成果不仅有助于增强对结构性土体中土颗粒排列和粒间胶结作用的认识,对人工制备结构性土工艺也有重要的技术指导意义。

磁性液体表面形貌与颗粒排列结构的电子显微镜观察

采用特殊的制样技术并通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察分析了磁性液体表面形貌和磁性纳米颗粒的排列结构.在外加垂直磁场作用下,磁性液体液膜表面呈现一种准周期性的条带状峰峦分布,内部纳米颗粒呈现出准直线链状定向排布.它们都与外磁场分布、颗粒的磁相互作用及与载液的相互作用有关,且最终受到外磁场分布的制约.

基于球形颗粒几何排列的离散元试样高效生成方法

在球体离散元数值模拟中,颗粒的初始排列状态是影响计算效率和计算结果的重要环节。本文采用前进面几何构造算法,提出了一种基于网格搜索的球形颗粒随机排列高效算法。通过求解空间三边方程,满足了粒径设置的任意大小的颗粒依次置入前进面的外侧,并与构成前进面的三个颗粒相互接触。为获得高体积分数的颗粒簇,该算法允许颗粒改变其粒径大小。采用颗粒网格化方法可以简化前进面的搜索,并由此提高排列效率。通过计算平均配位数、体积分数和二阶结构张量的特征值,对不同粒径比下得到的立方体试样进行了分析,得到试样配位数及体积分数均随着粒径比的增大而增大,且得到的试样为各向同性。此外,空间网格的大小和初始颗粒的生成点对随机排列的效率均会产生显著的影响。最后,对非规则铁路道砟进行了精细构造及压碎模拟,发现DEM模拟得到的应力-应变曲线与试验结果基本吻合,验证了该算法得到的颗粒试样在模拟道砟裂纹起裂、扩展等过程的有效性。

增强颗粒对切削SiCp/Al复合材料切屑形成过程的影响机理

为研究SiC颗粒对SiCp/Al复合材料切屑形成过程的影响,设计了一种新型弹簧式快速落刀装置。通过正交切削试验获得切屑和切屑根部,观察其形态及金相显微组织,分析SiC颗粒沿剪切带的排列机制、颗粒的断裂与破碎机理、裂纹的扩展及其对切屑形成的影响。结果表明:设计的快速落刀装置加速度大,能获取有效的切屑根部;基体塑性滑移对颗粒产生的力和力矩使得颗粒沿剪切带排列;颗粒的断裂与破碎主要发生在剪切区、工件与切屑分离面、第2变形区以及刀尖附近的已加工表面;微裂纹从自由表面和剪切区内部沿剪切面扩展;裂纹沿剪切面扩展使得切屑受力不平衡,切屑加速流出,同时裂纹两侧沿剪切面发生相对滑动,导致切屑呈不规则锯齿形。

基于颗粒组构特性的散体材料本构模型研究

通过散体介质材料单元颗粒排列组构表达的细观结构力学关系,建立了用颗粒密集度、颗粒排列组构关系和颗粒间摩擦特性等非连续介质材料特性参数描述的散体介质材料本构模型,从而实现散体介质材料宏观连续介质描述的等效应力表达。通过该模型可采用数值方法进行散体介质材料准静态情况下的力学特性分析。文中最后基于有限元软件ABAQUS,进行了该本构模型的二次开发。数值算例结果验证了所建立散体介质材料本构模型的适用性。

考虑土体颗粒级配的几何迂曲度模型

迂曲度是反映土体微观孔隙结构和宏观渗流特性的重要参数,对研究多孔介质传输特性具有重要意义。鉴于目前土体迂曲度模型的研究大多基于单一大小颗粒假设,忽略了颗粒级配对土体孔隙通道和孔隙结构的影响,假设土体颗粒为圆形,引入阻碍参数和各向异性参数表征土体颗粒排列方式,引入特征粒径表征土体颗粒级配,建立考虑多因素耦合影响的迂曲度几何模型。同时通过调整土体各粒径质量分数,随机生成不同初始级配与初始孔隙率的多孔介质模型,并依托COMSOL Multiphysics平台对多孔介质进行土体渗流模拟。模型参数分析结果表明:在渗流过程中,土体细颗粒含量越多,渗流通道数量则越多,且大孔隙率情况下存在主通道现象。在相同的颗粒排列方式和孔隙率下,单一粒径土体迂曲度最小。对于级配良好土体,细颗粒含量越多,颗粒排布紧密,孔隙结构复杂,土体迂曲度越大。对于任意初始级配相同的土体,颗粒排列方式对迂曲度的影响随孔隙率增大而减小。对渗流稳态下多孔介质的迂曲度进行计算,其数值模拟结果与理论模型计算值的相对误差在3%以内,证明了本文迂曲度模型的准确性。本文研究结果可为多孔介质迂曲度以及渗透系数的求解提供新的思路。

金属粉末冲击压制过程中冲模质量及颗粒模型的优化分析

在模拟金属粉末冲击压制时,由于模型颗粒数与实际不同,仿真模型的准确度不高。本文引入模型冲模质量与实验冲模质量比值作为当量质量,研究了压制初始速度、横向与纵向颗粒数对当量质量的共同影响。采用ABAQUS软件建立了不同初始速度下的压制模型,利用1st Opt软件拟合出预估模型,通过ABAQUS仿真数据验证了预估模型,取得了当量质量与相对密度之间的关系,并且分别得到了横向与纵向两组模型的初始速度、颗粒数对冲模当量质量的影响关系。利用ABAQUS仿真数据得到的预估模型最终形式为:当冲模初始速度为20 m·s-1时,横向颗粒数为5、纵向颗粒数为6（H5Z6）的颗粒模型的当量质量为1.03,比经典9颗粒模型进行模拟更能接近实际的压制情形。

基于抽样可靠性的土体迂曲度计算

迂曲度是研究土体渗水透气特性的重要参数,反映了流体流经多孔介质过程中的迂回曲折程度。现有研究表明迂曲度不仅与孔隙率有关,还与颗粒排列密切相关。在新提出的土体几何迂曲度模型基础上,考虑孔隙率、颗粒排列对等效流经长度的耦合影响,推导了单元体迂曲度计算模型,对比前人的试验结果,进一步探讨了颗粒排列、孔隙率对迂曲度的影响。基于抽样可靠性理论,确定了在一定置信度与误差限度要求下,计算土体整体迂曲度所需要的最小单元体样本量,并验证了其可靠性。对比土体迂曲度理论解和基于COMSOL Multiphysics得到的数值模拟解,验证了方法的合理性。该研究成果可为土体迂曲度的计算提供一种新的求解思路。

土结构性的动态特征与概念表达

随着国家重大工程的开发建设,大量的基础工程应运而生,部分结构物对地基土变形问题尤为敏感,需要专门研究以确保重大工程安全。然而,土体的天然的结构性与固结状态的差异,不仅会对土体的压缩特性和相关力学指标产生重要影响,也给变形的分析与沉降计算带来挑战。厘清土的结构性与固结状态的表现形式,探讨两者之间的辩证关系,将对工程实践有一定的实际意义。基于课题组多年研究成果,立足于土的侧限压缩特征,本文着重分析了土体反常“超固结”特征的成因机制,讨论了结构性的动态变化,并尝试给出了结构性的概念表达。初步得到以下几点认识:(1)土的结构性产生的实质包括颗粒排列和结构连结两方面要素。颗粒排列的紧密程度代表固相成分的空间分布特征,是包括固结压力在内的多种作用力的合并体现;结构连结是土颗粒间相互作用力的总和,其在侧限压缩条件下,主要表现为抵抗变形的结构强度。一般来说,所有土均有不同程度的结构性,包括原状土与重塑土;(2)土的颗粒排列和结构连结存在动态的耦合关系。土体与应力历史不符的“超固结”性质正是来自结构连结对土骨架的差异“强化”以及除自重荷载外其他作用力对土体的压密作用;(3)提出了考虑附加排列效应ΔPa的结构屈服压力σk的概念表达形式,即σk=Pc+ΔPa+q。Pc与ΔPa共同反映颗粒排列特征,由q反映结构强度。相关成果可能为土体力学特性的评价与分析提供一些参考。

温压致密化机理及其在温压粉末设计中的应用

温压是以较低的成本制造高性能铁基粉末冶金零部件的新型成形技术。试验结果表明 ,颗粒重排是温压过程的主导致密化机理 ,而为颗粒重排提供协调性的塑性变形是另一重要的致密化机理 ,同时还分析了影响这两个致密化机理的主要因素。在此基础上 ,提出了温压粉末原料的设计原则 ,并成功地开发了高性能、低成本。

温压致密化机理及其在温压粉末设计中的应用

温压是一项以较低的成本制造高性能铁基粉末冶金零部件的新型成形技术.实验发现,颗粒重排是温压过程的主导致密化机理,而为颗粒重排提供协调性的塑性变形是另一重要的致密化机理.作者分析了影响这2个致密化机理的主要因素.在此基础上,提出了温压粉末原料的设计原则,并成功设计了高性能。低成本合金钢粉末的3大体系温压粉末原料.

振动与静压成型方法下水泥稳定碎石抗压强度关系与机理分析

研究振动和击实(静压)成型方法对水泥稳定碎石基层材料抗压强度影响,并分析强度差别产生的原因,试验中应用振动成型仪对水泥稳定碎石进行振动成型,养生7 d后测定抗压强度,并与静压成型试件的性能进行比较,试验表明振动成型水稳碎石的抗压强度与静压成型具有线性关系,基于压实度相同原则,振动成型方法的抗压强度大于静压成型的80%左右,而若在密度相同的前提下,振动成型方法的抗压强度大于静压成型的60%左右,其中60%的强度增加量源在于骨架的嵌挤作用,给出了两种成型方法抗压强度的转换关系,基于强度等效原则,采用振动成型方法设计基层材料可节约水泥2%～3%,按级配类型回归曲线的斜率和截距表明,振动的成型在用于基层材料为无机结合料时,不仅能够有效增强基层的密度,还可以提高级配的结构性,进而充分发挥出无机结合料的级配效应。

基于微观格点模型模拟PEMFC定向结构催化层

用微观格点模型对质子交换膜燃料电池(PEMFC)定向结构阴极性能进行了模拟,并与随机结构电极进行了对比,研究了催化剂利用率及电池性能的变化.计算了催化层内的传递和电化学反应,研究了质子、氧气及电化学反应速率在电极厚度方向上的分布,并且通过对比氧气浓度、离子电势和电化学反应速率的分布,证明了Pt/C颗粒在电极厚度方向上定向排布有利于提高电池性能.另外,研究了电极厚度对定向结构电极性能的影响,发现与随机结构电极不同,定向结构电极厚度越小,高电流密度下电极性能越好.

超粗型改性乳化沥青稀浆混合料表面处治技术研究

稀浆表处在道路工程中的应用越来越广泛,通过探讨应用过程中存在的问题,分析稀浆表处结构和抗剪强度构成等性能的特殊性,提出稀浆表处集料颗粒排列理论、反粒子干涉理论和最佳和易性级配曲线理论,分析稀浆表处使用结合料的特殊性,提出了超粗型稀浆表处设计方法。结果表明:稀浆表处与车辙深度存在匹配关系;单层稀浆表处更适宜使用SBR改性乳化沥青;研究成果丰富了沥青路面的理论体系,并对工程实践具有切实的指导作用。

MS-6型微表处集料级配范围及最佳沥青用量范围

探讨了用双层稀浆混合料填补20 mm左右较深车辙时自身很容易产生车辙的原因,阐述了开发集料最大粒径为20mm的MS-6型超粗稀浆混合料的必要性。发现稀浆工艺与热拌热铺工艺不同,它不但要求集料级配能使微表处的密实度达到最大,而且首先要求的是集料级配能使稀浆混合料的和易性达到最佳。因此,总结提出了最佳和易性级配曲线理论、集料颗粒排列理论和反粒子干涉理论,并在此基础上结合最大密实度级配曲线理论确定了MS-6型微表处集料级配范围以及最佳沥青用量范围。

新兴的路面和路基土壤技术——道路添加剂

道路添加剂,又称为土壤液体稠化(增浓)剂和道面固化剂。是一种强酸材料。它通过离子交换,能有效地改变土壤颗粒的吸水性能。脱掉泥土中混合水,使泥土颗粒排列紧密,增强路面强度,延长道路的使用寿命。 优质土壤颗粒包含粘土。由于粘土在路面承受汽车碾压时,能给路面底层提供柔性或“伸缩性”,因而粘土(绝对)有助于路基的加固。然而。

我国研制出生吃果味玉米

一种新型果味玉米新近由中国农科院在国内首家培育成功,这种名为“绿色超人”的脆甜型超甜玉米外观比普通玉米稍大,玉米粒为橙黄色,颗粒排列整齐。