基于ANSYS/LS-DYNA的Hopkinson层裂试验的有限元分析

采用ANSYS/LS-DYNA非线性有限元程序,对Hopkinson层裂试验进行了数值模拟计算,并与实测结果做了对比。结果表明,ANSYS/LS-DYNA程序模拟输入杆的应变历程,具有较好的精度;模拟的砂浆混凝土长杆试件中的应变历程则存在一定的差异,并且分析了产生计算误差的原因。

顺层路堑边坡岩体爆破的层裂效应试验研究

结合渝怀铁路顺层岩质地段路堑施工,通过对6次单孔爆破层裂试验中振速与声波探测结果的耦合分析,确定出该区岩体的临界质点振速为25 3cm·s-1。对8次深孔台阶爆破、浅孔台阶爆破和浅孔光面爆破地震波测量结果的回归分析与计算讨论表明,这3种爆破方式都会使边坡岩体产生不同程度的层裂效应,深孔爆破引起的岩体层裂范围达9 12m,而浅孔爆破则仅为2 18m～2 42m。对于顺层岩质地段路堑开挖,可采用主开挖区深孔爆破与缓冲爆破相结合、顺倾一侧边坡预留保护层浅孔爆破与光面爆破相结合的施工方案,能保证开挖爆破产生的层裂范围小于2 2m。

超高韧性水泥基复合材料的层裂试验研究

层裂是材料遭受冲击、爆炸等高速荷载时的一种常见破坏方式。该文利用直径80 mm的霍普金森杆实验装置,研究了超高韧性水泥基复合材料UHTCC(Ultra High Toughness Cementitious Composites)中应力波的传播特性和材料的层裂强度。通过在试件表面粘贴5组应变片,获得了在0.2 MPa、0.3 MPa、0.4 MPa、0.5 MPa打击气压下,UHTCC中应力波的传播曲线。利用高速摄影机记录层裂试验,观测了UHTCC的层裂破坏过程。由试件表面应变片测得的应力波曲线,计算了材料中的应力波波速、动态弹性模量,分析了应力波在该材料中传播的衰减规律,并计算出不同打击气压下材料的层裂强度及应变率。试验结果显示:UHTCC的层裂过程相比混凝土具有更多的韧性特征;UHTCC中的应力波峰值在0 mm^500 mm范围内衰减迅速;在同等应变率下,UHTCC与静态抗拉强度相近的混凝土相比,层裂强度高出10 MPa左右,且UHTCC的层裂强度具有明显的应变率敏感性。

基于巴西劈裂试验的顺层板岩边坡“滑移-拉裂”破坏研究

怀通高速公路沿线边坡以板岩边坡为主,为揭示板岩边坡的破坏模式与板岩层理角度之间的关系以及获得板岩边坡的稳定性判据,进行针对性的试验研究和理论分析。选取沿线边坡岩样并按照不同层理角θ进行分组,开展巴西圆盘劈裂试验。试验发现:随着层理角度的变化,试样发生5种破坏模式,0°<θ<30°时为拉伸破坏,30°<θ<45时为拉裂-滑移破坏,45°<θ<75°时为滑移-拉裂破坏,75°<θ<90°时为滑移破坏,θ=90°时为压张型破坏;其次,对顺层板岩边坡整体滑移破坏和局部滑移-拉裂破坏判据进行推导,得出发生整体滑移破坏的临界坡高公式以及发生局部滑移-拉裂破坏的临界坡长方程。最后,结合怀通高速公路沿线板岩边坡进行实际应用,与沿线板岩边坡实际稳定性情况相吻合。

岩石Hopkinson层裂的流形元法模拟

利用二阶流形元法,通过引入裂纹产生及扩展判据,对冲击载荷作用下岩石Hopkinson动态层裂过程进行了数值模拟,再现了拉伸波作用下Hopkinson层裂过程,计算得到的层裂片厚度和速度等与理论值符合较好,验证了流形元法在模拟冲击载荷作用下材料动态破坏过程方面的有效性和优越性。

沁水地区煤层气储层多脉冲压裂技术试验及应用研究

沁水盆地煤层气储量较为丰富,煤层埋深较浅,煤储层孔隙度、渗透率低,目前主要以水力压裂改造煤气层储层达到投产增产目的。针对沁水地区浅层煤层气储层地质特征及开发特点,水力压裂地层破裂压力不明显,二次压裂增产效果不理想等问题,开展了煤层气储层多脉冲压裂技术的试验应用研究与探索。重点论述了浅层煤层气多脉冲压裂技术设计方法、装药结构设计、作用机理与工艺设计及全封闭井口多脉冲压裂设计等,总结分析了三口井现场试验的效果及存在的不足。该工艺技术应用试验的成功为浅层煤层气压裂开发提供了新的增产技术与途径。建议进一步完善工艺和优化设计方法,在单井多脉冲试验应用的基础上,开展煤层气多脉冲压裂技术与水力压裂复合工艺研究,以提高综合压裂效果。

C75混凝土动态层裂强度试验研究

基于线弹性力学理论和一维应力波的基本假定，采用大直径霍普金森杆对C75混凝土进行了一维杆层裂试验，以研究其动态拉伸强度和应变率效应．为了确定不同子弹速度下的混凝土弹性模量，在试件上采用了多点贴片的方法；通过优化子弹的尺寸，大大降低了应力波的波形弥散现象；提出了一种测定混凝土衰减系数的新方法，该方法能消除试件不均匀性、应变片个体差异以及信号衰减微弱等不良因素的影响，所获得的衰减系数比较精确．结果表明：C75混凝土动态拉伸强度具有较强的应变率相关性，在10^0～10^2S^-1应变率范围内，其层裂强度随着应变率的增大呈线性增长关系．

基于抗裂层材料的马歇尔试验评价方法研究

针对现有马歇尔试验方法在抗裂层材料应用中研究的不足,根据旋转压实试验结果进行不同次数的马歇尔击实试验,以孔隙率作为评价指标,确定了抗裂层材料马歇尔试验最佳击实次数为双面击实75次。通过将旋转压实和马歇尔试验结果进行回归,并结合抗裂层材料特点和相关技术规范,确定了适用于抗裂层材料马歇尔试验的技术要求,得到了最佳油石比为7.5%,与旋转压实试验结果7.6%接近。试验结果表明:研究的抗裂层材料马歇尔试验方法具有一定的准确性和可靠性。研究结果可为科学合理地确定抗裂层材料最佳油石比和抗裂层材料在我国道路提质改造中的推广应用提供重要参考。

多岩性储集层暂堵压裂缝高扩展特征试验研究

针对多岩性组合储集层的裂缝高度扩展问题,通过制备不同岩性的人工试样,并开展了室内压裂物理模拟试验,同时加入暂堵剂,分析不同岩性差异、射孔位置及排量下的水力压裂缝高扩展特征,创新了试样压后三维裂缝重构方法。结果表明:不同岩性组合试样下的主要缝高截止机制由岩石力学性质所决定,高杨氏模量岩层会阻挡缝高穿层。当层间力学性质差异较小时,裂缝发生转向扩展突破,缝高发生穿层;当层间力学性质差异较大时,裂缝扩展限制于同一岩层,缝高难以突破岩层界面。低排量下,缝高截止于应力区分界面,暂堵压裂后,裂高继续延伸突破高应力区;高排量下,裂缝沿最小主应力横向扩展,加入暂堵剂发生,裂缝转向形成新的裂缝。当射孔位置居上时,试样缝高倾向于向上扩展,暂堵压裂后形成新的起裂点;射孔位置居下,缝高扩展贯穿整个试样,暂堵压裂后形成相平行的新裂缝。研究结果为多岩性组合储集层现场压裂方案设计提供了室内试验指导。

TiZrNbHf难熔高熵合金的层裂行为

为了研究TiZrNbHf RHEA在动态冲击下的力学特性,使用20 mm口径的一级轻气炮试验平台进行非对称平板撞击试验;通过扫描电子显微镜对回收试样进行分析,从微观角度分析其层裂机制。结果表明,在塑性波冲击峰值压力范围为0~20 GPa时,TiZrNbHf RHEA的层裂强度范围为1.81~2.41 GPa,RHEA的层裂强度明显低于3d族元素HEA;TiZrNbHf RHEA的Hugoniot弹性极限随着冲击速度增大而增大,从3.05 GPa增大至3.57 GPa,其加速度也随冲击速度增大而增大;试验得到的Hugoniot状态方程显示出线性关系,通过冷能混合法得到的状态方程与试验数据相比较低,但在实验范围内可以用来预测材料性能。对回收试样的金相分析表明,SE和BSE图显示孔洞相连形成裂纹,其损伤区域存在大量的韧窝和少量的河流状花样,表明其损伤模式为韧性断裂为主的混合断裂模式。

长纤维抗裂复合封层机行走与撒(洒)布系统协同控制

为解决长纤维抗裂复合封层机在作业过程中出现的撒(洒)布不均匀问题,提出了一种模糊分数PID协同控制方法,采用分数阶PID控制器,实现了长纤维抗裂复合封层机行走与撒布系统的协同控制。结合模糊控制规则,对分数阶PID参数进行了在线实时优化,提升了系统的整体控制性能。通过Simulink仿真实验,对比了该方法与传统PID控制器的综合性能。结果表明:所提控制器在行走和撒布过程中的响应速度、超调量及稳态误差等方面均显著优于传统PID控制器;并通过实车试验平台,对所提控制方法进行了试验验证,成功实现了长纤维抗裂复合封层机行走过程中纤维、沥青、碎石的协同控制,为长纤维抗裂复合封层机的行走与撒(洒)布系统协同控制领域提供了新的研究思路。

动载作用下高强度钢的层裂特性研究

结合VISAR测试技术,进行平板撞击试验,得到G50和30CrMnSiNi2A钢试件的自由面速度-时间曲线,分析材料的层裂强度、层裂片厚度及各自的应变率;用LS-DYNA结合Johnson-Cook本构模型和最大拉应力断裂准则,数值模拟了平板撞击层裂现象。结果表明:G50钢抵抗冲击的能力优于30CrMnSiNi2A钢;层裂强度和弹性屈服极限随应变率增加而增加;最大拉应力断裂准则较好地描述了这两种材料的层裂现象;数值模拟结果与试验结果较吻合,验证了模型的可靠性。

浅层煤储层多脉冲高能气体压裂技术试验及应用研究

针对我国煤层气储层特征及开发现状,基于高能气体压裂机理及研究基础,开展了适用于沁水盆地煤层气开发的高能气体压裂技术试验研究。该区煤层气储层资源量较为丰富,煤储层(埋藏深度<1000m)为浅层煤储层,具有低孔隙度、低渗透率等特点,目前主要以水力压裂改造煤气层储层达到投产增产目的。针对此区煤层气水力压裂开发效果不明显,二次压裂增产效果不理想等问题,设计了煤层气储层多脉冲压裂技术的试验应用研究与探索。重点论述了浅层煤层气多脉冲压裂技术设计方法,装药结构设计,作用机理与工艺设计,及全封闭井口多脉冲压裂设计等,总结分析了三口井现场试验应用的试验效果及存在的不足。该工艺技术应用试验的成功为我国浅层煤层气压裂开发提供了新的增产技术与途径。

裂土挡土墙模型试验缓冲层设置的研究

本文通过挡土墙模型试验，测试到缓冲层的设置可降低裂土夯填造成对挡土墙过大的侧压力及裂土遇水膨胀造成对挡土墙的膨胀土压力。提出了设置缓冲层的合理厚度和配置。

考虑损伤影响的混凝土层裂试验与数值模拟

采用φ74 mm分离式霍普金森压杆(SHPB),对C20、C45、C70三种不同强度的混凝土进行了层裂试验,研究加载率和损伤对混凝土层裂强度的影响.试验结果表明:混凝土层裂强度具有明显的应变率效应,其拉伸强度增强系数DIF随应变率增大而增大,且高强度混凝土的应变率敏感性要低于低强度混凝土;当加载率过高时,混凝土中将首先出现压缩损伤使其抗拉强度显著降低.重复加载试验还表明,拉伸损伤也会影响试件内压缩波的传播.在混凝土HJC模型中引入了Tuler-Butcher损伤累积准则,对混凝土层裂试验开展了数值模拟,计算结果和试验结果较为吻合,验证了模型的有效性.

分层压裂隔层厚度下限标准矿场试验研究

通过大庆油田分层压裂隔层厚度下限标准的矿场试验研究得出,岩性致密、稳定,且固井质量良好的隔层厚度下限标准可以由3m缩小到1.4m。这一试验结果为油田压裂层位的选择及增加油田可采储量的途径开阔了前景。

稀浆封层抗裂性能影响因素试验研究

采用MTS试验机研究影响稀浆封层抗裂性能的主要因素,得出了抗裂性能良好的下封层材料组合。

基于动态层裂试验方法的混凝土拉伸性能研究

为了研究混凝土的动态拉伸强度,本文开展了分离式霍普金森压杆(SHPB)层裂试验研究。试验过程中利用SHPB杆作为加载设备实现层裂过程,由此得到动态拉伸强度。探讨加载率对拉伸强度的影响,并结合试件破坏的断裂面形状,来分析混凝土拉伸强度的应变率效应,并与LS-DYNA的模拟结果进行比较分析。结果表明:随着应变率的提高,试件破坏截面的骨料破坏增加,拉伸强度显著提高,并且LS-DYNA模拟的破坏形态与试验结果吻合。

纤维碎石封层抗裂疲劳性能试验探讨

纤维碎石封层是一种从欧洲引进的“建养兼备”技术．既可以用于沥青路面的养护．也可以用于新建沥青路面的下封层或新建低等级公路的表面磨耗层。在纤维碎石封层中．纤维和沥青可形成网络缠绕结构．嵌入碎石后在路表形成一层具有高弹性和高强度的防护层，较传统碎石封层具有更好的应力吸收和分散能力。本文采用负荷轮试验进行抗裂疲劳试验的模拟评价．以反映加纤后碎石封层的路用性能。

混凝土材料层裂强度的实验研究

利用f74大尺寸Hopkinson压杆和混凝土长杆试件研究了混凝土材料的层裂强度及其应变率效应。入射的压缩波通过压杆透入试件并反射成拉伸波而形成层裂。实验中采取在试件上多点贴应变片,讨论了应力波在混凝土试件中传播的波形弥散和幅值衰减,并在考虑了损伤演化影响的基础上确定了试件材料的层裂强度。对某种普通混凝土在不同应变率下的测试显示层裂强度受应变率影响明显。结果表明,本文提出了一种测定混凝土层裂强度的有效方法。