轻质材料微结构构型的拓扑优化设计

为了减轻结构的质量和降低成本,针对轻质材料,提出将整体的边界条件转化为微结构单胞的边界条件,建立微结构单胞的有限元模型,并运用变密度方法和优化准则法结合求解微结构单胞的拓扑优化问题.优化模型是在相应的体积约束条件下以变形能为目标获得最大刚度的微结构单胞.利用优化准则设计方法的计算公式,改变单元的相对密度值,小于阀值的单元进入下步迭代,如此反复,实现拓扑优化.采用适当的惩罚因子和阀值对迭代进行控制,提高了收敛的速度和精度,优化结果表明,该方法可以获得优化的微结构单胞,得到相同体积下最刚的多孔材料,降低了结构的重量和成本.     

十四面体闭孔多孔材料表征量特性研究

为了研究多孔材料微观结构对其性能的影响,利用闭孔粗棱十四面体模型进行了数值模拟.采用有限元法,对相对弹性模量、泊松比进行了数值计算.模拟结果表明:单胞壁厚是相对密度增量的次要影响因素,壁面连接曲率半径是主要影响因素,壁厚、壁面连接曲率半径可简化为相对密度的2个无关影响因素;高孔隙率多孔材料,表面张力拉向孔穴棱边的固体对...     

考虑尺寸效应的夹芯结构拓扑优化设计

文章研究了夹芯结构中周期性单胞构型设计时尺寸效应。以夹层板的宏观响应为目标函数,将夹层板的上、下面板作为非设计域,在满足给定的体积约束情况下,采用变量关联技术和凸规划对偶优化算法设计不同尺寸的三维夹芯表征体胞构型。最后,根据优化结果深入分析并探讨了单胞尺寸和材料用量对夹芯结构构型设计的影响。     

多孔介质微燃烧器预混燃烧的数值研究

开发了带有回热夹层的多孔介质微燃烧嚣,对其预混燃烧性能进行了数值模拟,研究了燃烧功率和过量空气系数对微燃烧器的出口尾气温度、燃烧效率、壁面温度和热损失率的影响.结果表明:在较宽的燃烧范围内,微燃烧器具有较高的燃烧效率和较低的热损失率,而且随着燃烧热功率和过量空气系数的增大,微燃烧器的外壁面温度和热损失率反而减小;多孔介质微燃烧器的最佳燃烧功率为200 w,最佳的过量空气系数范围为2.5相似文献   

二维蜂窝多孔金属夹层圆柱壳的传热性能数值模拟研究

文章以脉冲爆震发动机的爆震燃烧室为原型,分析二维蜂窝多孔金属夹层圆柱壳的传热问题.文中将二维蜂窝孔在管壁径向按放射状布置,将内表面设置成高温边界条件来模拟实际燃烧室工作情况,空气从蜂窝孔一侧流经材料与圆柱壳内表面充分换热后流出起到冷却作用;通过数值模拟分析了六边形孔、矩形孔和三角形孔按照不同的连结排布在夹层圆管中的传热性能与相对密度的关系;同时还研究了夹层层数对传热性能的影响.结果表明六边形孔排布的传热性能要优于其它拓扑构型;传热性能随单胞层数增加而增大,当层数达到一定值后,传热性能基本上保持不变.     

胜利油田永8断块沙二段辫状河三角洲前缘储层构型特征

目前,中国辫状河三角洲油气储层的开发很多已经进入高含水期,但对辫状河三角洲储层构型的研究并不多,影响了该类储层剩余油的挖潜。以胜利油田永8断块沙二段辫状河三角洲厚层砂体为研究对象,充分利用岩芯、测井、地震和开发资料,通过隔夹层划分,将主力层段划分为5级界面限制的三角洲前缘复合沉积体和4级界面限制的单一三角洲前缘沉积体。单一三角洲前缘沉积体包括水下分流河道、河道周缘溢岸砂体、河口坝主体、河口坝周缘、分流间湾等构型单元。通过综合利用曲线形态差异、砂体侧向厚度变化、砂体间泥质沉积、隔夹层数目差异等进行砂体边界与叠置关系的划分,确定了辫状河三角洲前缘单一沉积体的平面和剖面构型样式,揭示了单一沉积体各构型单元逐层进积的基本过程,明确了该区辫状河三角洲具有河窄坝宽、河薄坝厚、河顺坝横的特点。研究区沙二段辫状河三角洲河口坝宽度为分流河道宽度的2.23~8.95倍,河口坝厚度为分流河道厚度的1.25~2.50倍。     

多孔材料抑制瓦斯爆炸火焰波的实验研究

为研究适合煤矿使用的抑爆材料,利用自行设计制作的30cm×30cm方形实验管道,对不同参数的多孔材料衰减管道内瓦斯爆炸火焰温度效果分别进行了实验研究,结果表明:金属丝网、泡沫陶瓷、多孔泡沫铁镍金属几种多孔材料均有很好的衰减瓦斯爆炸火焰温度的作用;金属丝网对管道内瓦斯爆炸火焰温度最大衰减率为8.7%～26.9%,泡沫陶瓷为23.1%～36.2%,多孔泡沫铁镍金属为7.1%～65.7%;研究发现多孔材料的厚度、孔径、相对密度是影响火焰温度衰减效果的重要因素,同种材料中,厚度大,孔径小,相对密度大的材料试件对火焰温度衰减效果好.     

功能型多孔夹层板的等效弹性常数研究

基于应变能等效原理,将功能型多孔夹层板的夹芯层等效为均匀的各向异性材料,并通过考虑夹芯层的面内剪切作用,即将构成代表体单元的基元杆件考虑为Timoshenko梁,建立Timoshenko梁单元的应变和宏观应变之间的关系,得到等效固体代表体单元的应变能密度与宏观应变的关系,从而,给出相应的宏观等效弹性常数。最后,通过有限元方法计算实际正方形蜂窝夹层板和等效夹层板的结构响应和低阶振动频率,验证该方法的有效性,对比分析得知该方法较原方法具有更高的精度,说明考虑面内剪切作用的必要性。     

Cosserat弹塑性模型在ABAQUS中的数值实施

利用大型有限元软件ABAQUS提供的接口程序UEL,开发了压力相关弹塑性Cosserat连续体材料的用户单元.采用平面八节点等参单元,包括平动与转动三个自由度,考虑相关联流动的Drycjer-Prager材料模型,应力计算采用四阶龙格-库塔法.利用该单元分析了材料局部化问题中网格密度与材料特征长度的影响.结果表明,网格密度对材料剪切带厚度与等效塑性应影响很小;随着特征长度增大,剪切带厚度增大,等效塑性应变峰值减小.     

坳陷湖盆湖底扇储层单砂体构型——以鄂尔多斯盆地合水地区三叠系长6油层组为例

重力流沉积是目前国际沉积学研究的热点和难点。相比于海底扇储层,湖底扇储层单砂体构型的研究相对薄弱,尤其是定量构型模式研究鲜有报道。综合应用岩芯、测井及生产动态资料,对鄂尔多斯盆地合水地区三叠系长6油层组进行了砂体构型解剖,明确了湖底扇内部单砂体构型特征。结果表明:湖底扇中共识别了6种构型单元类型,即主水道、分支水道、朵叶主体、朵叶侧缘、水道间及朵叶间。基于直井和水平井的单砂体边界识别标志,完成了单砂体边界划分,明确了湖底扇朵叶体由多个单一朵叶体补偿叠置而成,补偿叠置样式受控于短期基准面旋回变化。单一朵叶体在平面上呈舌状,近端略窄,远端略宽,最大宽度与最大厚度之间成明显的线性正相关关系,宽厚比为100～160。基于构型解剖成果,建立了坳陷湖盆湖底扇的三维构型模式。研究成果对油田后期开发方案调整及剩余油分布的挖潜具有重要的指导意义。     

高温自润滑包覆体胞热驱模型的研究

根据金属基粉末冶金自润滑材料的微结构特点，建立了自润滑材料的包覆体胞单元模型，并基于所建立的体胞单元模型，对摩擦热一应力耦合场中包覆体胞单元模型的自润滑机理进行了数值模拟研究，分析了摩擦系数、包覆体材料强度及孔隙度等参数对体胞单元包覆核材料驱动作用的影响。结果表明：在其他条件不变的情况下，包覆核材料向包覆体外的排出量随着摩擦系数、包覆体材料的强度、孔隙度的上升而增加。     

苏里格气田盒_8气层组厚层辫状河道砂体构型分析

苏里格气田盒8气层组砂体厚度大、内部结构复杂、岩性变化快,砂体构型严重制约地下砂体和有效储层的认识,影响气井的井位部署、井轨迹设计及开发效果.基于储层构型分析方法,以古代露头和现代沉积构型模式为指导,采用岩心观察及测井曲线精细识别技术,分析盒8气层组储层成因及砂体构型,确定各构成单元的沉积特征、构型模式、规模和空间叠置方式.结果表明:盒8气层组为砂质辫状河沉积相,厚储层主要为辫状河道复合砂体,辫状河相划分为4类亚相、7类微相;辫状河道复合砂体内部为近水平或水平波状薄夹层构型模式,分为孤立型、横向局部连通型、堆积叠置型、切割叠置型等4类空间叠置模式.该研究结果为深化盒8气层组储层认识,指导该区水平井部署与明确地质导向提供依据.     

受压夹层板的失效模式分析及优化设计

以减轻重量为目标,以不出现各种失效模式为约束条件,应用序列二次规划法对受压夹层板的尺寸以及金属泡沫的相对密度进行了优化设计。考虑了剪切对屈曲的影响和金属泡沫弹性模量与相对密度之间的非线性关系,对金属泡沫和波纹夹层板的失效模式进行分析。同时设计两种截面形状,得到具有更高承载能力的夹层板。最后对各种截面形状夹层板的承载能力进行比较。结果表明:通过优化截面尺寸和金属泡沫的相对密度可以提高夹层板的承载能力;对于受压金属泡沫夹层板最优相对密度为0.03689;对于波纹夹层板更优的截面是改进后的帽形加筋板的截面。     

砾质辫状河构型及隔夹层分布特征——以准噶尔盆地西北缘八道湾组露头为例

通过露头剖面追踪实测、岩相分析及精细构型解剖,对准噶尔盆地西北缘吐孜阿克内沟八道湾组砾质辫状河露头进行了系统研究,明确了其岩相特征及内部构型,建立了基准面上升过程中砾质辫状河沉积构型模式并对隔夹层展布及其控制的剩余油进行了分析.露头中识别出8种岩相类型和6类岩相组合,辫状河道及砾质坝为砾质辫状河主要的构型单元.研究结果表明:基准面上升早期砾质辫状河以辫状河道构型单元发育为主,砾质坝构型单元不甚发育,据河道底部形态将辫状河道分为面状侵蚀河道和局部侵蚀河道,单一辫状河道宽度多大于150m,以侧向拼接为主.基准面上升中期辫状河道构型单元和砾质坝构型单元均较发育,侧向呈河坝相间分布的特征,该时期河道以局部侵蚀为主,单一辫状河道多呈垂向叠置样式,单一辫状河道宽度100~150m,砾质坝宽度约50m.基准面上升晚期发育砂质坝,且砾质坝与砂质坝规模较大,总体呈宽坝窄河道的特征,单一辫状河道宽度约50m,砂质坝宽度50~100m,厚度3~5m.砾质辫状河总体为"砾包砂"的沉积特征,其内部隔夹层主要有4类:近水平稳定分布的泛滥平原泥炭隔层,倾斜展布的河道侧积细砂岩夹层,河道底部下凹的钙质夹层及河道顶部废弃河道粉砂岩夹层.侧积夹层及废弃河道规模较小,对剩余油的控制不明显,钙质夹层展布范围较广且分布较稳定,底部剩余油较富集.     

一种新型多孔玻璃的制备及吸声性能研究

采用盐模烧结工艺制备多孔玻璃材料,研究了孔隙率、孔径大小、厚度和后空腔深度等因素对吸声性能的影响。结果表明,提高孔隙率和增加厚度都有利于提高材料的吸声性能;孔径不易过大和过小,存在最佳值;后空腔深度对薄板的影响显著,而对厚板的影响较小。制备了孔径为0.18 mm,孔隙率为77.8%,厚度为30 mm的多孔玻璃,测试时无后空腔深度,材料的平均吸声系数为0.8,吸声系数大于0.5的起始频率为488 Hz,吸声系数曲线为平坦的高吸声曲线,这种多孔玻璃具有卓越的吸声性能。     

曲流河砂体三维构型地质建模及应用

针对高含水后期密井网条件下曲流河砂体,应用岩芯、测井和生产资料,采用"模式预测,分级控制"的砂体内部构型研究方法,由沉积单元、沉积微相、单一河道砂体、单一河道内部点坝砂体以及点坝内部构型5个层次分级描述,精细研究曲流河砂体内部构型,建立了点坝砂体侧积夹层的规模、产状等内部构型定量分布模式,利用国内外现代沉积和野外露头资料总结了砂体宽厚比与侧积夹层倾角的关系,确定了描述侧积夹层产状的倾向、倾角、延伸和水平间距4个参数;在此基础上采用序贯指示模拟与人机交互再处理的方法建立了小网格三维储层构型模型,提高了三维储层构型地质建模的效率.根据研究区内部构型与注采井之间的关系,采取不同的挖潜对策,有针对性地提出了3种不同开采措施挖潜曲流河砂体点坝内部剩余油,取得了较好的挖潜效果.     

地震作用下挡土墙主动土压力分布

在滑动楔体上沿竖向取水平薄层作为微分单元体,通过作用在单元体上的水平力、竖向力及地震力,建立挡土墙主动土压力基本方程,结合滑楔体力矩平衡条件,得到对应不同地震系数的侧压力系数,将其用于水平微分单元法,得到了地震荷载作用下挡土墙主动土压力理论公式.分析地震系数对土侧压力系数和土压力的影响,结果表明,土侧压力系数随水平地震系数增加而增大;当竖向地震系数小于零时,土侧压力系数随竖向地震系数增大而减小,当竖向地震系数大于零时,土侧压力系数随竖向地震系数增大而增大;随着竖向地震系数的增大,水平土压力强度最大值逐渐减小,随着水平地震系数的增大,水平土压力强度最大值先递减后增大;随着竖向及水平地震系数的增大,水平土压力最大值位置向墙顶方向移动,靠近墙底处土压力强度相对减小,靠近墙顶处土压力强度相对增大.     

变密度法在气缸体轻量化设计中的应用

将变密度拓扑优化方法应用于发动机气缸体轻量化设计中.以气缸体上施加最大爆发压力工况下的载荷为边界条件,以气缸体总柔度最小为优化目标,以气缸体体积比为约束条件,以单元密度为设计变量,对气缸体进行拓扑优化.对优化后的结构重新建模,分析了在最大爆发压力工况下的应力分布.结果表明,气缸体质量减轻了5 kg,最大主应力与优化前相当,整体应力分布更加均匀,达到了等强度设计的目的.将变密度法应用于气缸体的等强度轻量化设计,有助于确定气缸体的最佳形状,并减少重复设计验证的次数.     

玻璃-云母多孔材料的研制

报道了玻璃-云母多孔材料研制的结果，研究了该材料的岩相结构，对材料的抗压强度、显气孔率、体积密度进行了测试，实验结果表明，采用合理的烧结工艺，最佳的云母与玻璃配比，可得到云母在玻璃基质中呈现交织结构的多孔材料。     

惠民凹陷商河油田商一区河口坝储层构型精细剖析

惠民凹陷商河油田商一区油气储层经过近40年的勘探开发,挖潜难度越来越大。为了进一步搞清该区剩余油分布规律,充分利用研究区丰富的岩芯、测井等资料,对沙二下亚段三、四砂组河口坝储层的垂向级次划分、单一河口坝识别及发育特征、垂向演化规律等开展精细研究。结果表明:河口坝储层发育5级构型界面,其中五、四级界面的成因类型分别为洪泛泥岩、砂体披覆泥岩,三级界面的成因主要为物性差异沉积、成岩钙质砂岩,并进一步细分为泥质夹层。物性夹层和钙质夹层3类;三级界面中泥质夹层的横向连续性好于物性夹层和钙质夹层,延伸距离为300~800 m,沿河口坝进积方向,在坡折带处夹层倾角最大可达8°,至湖盆内部夹层倾角一般小于2°,沿垂直于砂体推进方向,夹层倾角一般低于1.5°;储层顶面高程差异、坝间沉积、坝缘侧向交错叠置、曲线形态及砂体沉积厚度差异是单一河口坝侧向边界的4种识别标志;基准面的升降变化控制了沉积砂体间叠置关系,决定了河口坝砂体的沉积厚度及储层物性特征。该研究成果对于指导商河油田及相似油田开展后期剩余油分布预测具有借鉴意义。