基于单元质心对应法花岗岩热开裂及变形模拟研究

基于SEM所获取的岩石非均质数字图像,提出了一种既能考虑预制和原生缺陷,又能近似反映材料非均匀性的三维细观结构有限元模型的方法,即单元质心对应法.应用该方法进行了热力耦合下岩石的热开裂及变形破坏数值模拟.结果表明,北山花岗岩热开裂临界温度大约为82℃,与实验值68～88℃基本吻合.低温时北山花岗岩热开裂以沿颗粒热开裂为主;而高温后既有沿颗粒热开裂,又有穿颗粒热开裂.温度的升高导致花岗岩由脆性向延性转变,破坏将由低温下以载荷裂纹为主的裂纹模式转为高温下以热裂纹为主的裂纹模式.对比实验结果发现,数值模拟得到的拉伸强度在低温下高于实验测试值,而中高温度下基本与实验结果吻合.     

表面活性剂对二氧化硅空心微球结构的影响

分别在阳离子和阴离子两种不同类型表面活性剂的存在下,用正硅酸乙酯(TEOS)为硅源包覆纳米尺度的碳酸钙颗粒,去除表面活性剂和碳酸钙,得到了二氧化硅空心微球。用TEM、XRD及低温氮吸附等测试手段对这类材料进行了表征,研究了表面活性剂对样品结构的影响。结果表明,在合成中加入表面活性剂,使二氧化硅空心微球的球壳上出现了介孔相,改善了样品的孔结构。空心微球的BET比表面积为399～898m2/g,明显高于未加表面活性剂的样品。     

Meso-structure construction and effective modulus simulation of PBXs

ABSTRACT

The polymer-bonded explosive (PBX) is a kind of multi-phase composite consisting of the polymeric binder and embedded energetic particles, in which the particle volume fraction (PVF) is often higher than 90%. In the present work, by using the Voronoi-polygon generation method along with the concept of gradation to generate Voronoi particles with given gradation, and with further operations including modification, shrinking, smoothing, etc. to the particles, a new meso-structure construction method for PBXs is proposed. The constructed meso-structures possess good gradation relationship and have high PVFs (94.99% in maximum) simultaneously. The strict periodicity on the boundaries of the meso-structure can also be achieved. To verify the constructed PBX meso-structures, the numerical manifold method (NMM) is used to simulate the effective modulus of the constructed meso-structures by considering different influencing factors such as the size of meso-structure, PVF, gradation, and initial defects, etc. The simulation results are analyzed qualitatively, and the causes of differences between the simulation results and available experimental results or other numerical results are discussed. The validity of the proposed method for the construction of PBX meso-structures is verified. This work also provides foundations for the further numerical studies of the mechanical and thermal behaviors of PBXs at the mesoscale.     

基于细观结构统计特征的混凝土几何代表体尺寸研究

该文在对混凝土细观结构统计特征深入研究的基础上,基于粗骨料含量、平均粒径、细度模数三个量的统计特征分析,给出了混凝土几何代表体的定义。利用体素的概念,提出了混凝土几何代表体尺寸的确定方法。以一级配混凝土为例,采用该文方法计算得到了基于细观结构的几何代表体尺寸。进一步分析了骨料级配、骨料体积含量等因素对混凝土几何代表体尺寸的影响规律,研究结果表明:随着骨料体积含量的增加,混凝土几何代表体尺寸呈下降趋势;在粗骨料体积含量达到40%以后,几何代表体尺寸变化幅度较小;一级配混凝土的几何代表体尺寸与最大骨料粒径的比值大于二级配混凝土的相应值。该文工作为混凝土细观机理研究、细观数值计算样本的选取等提供参考。     

不同温度下钙芒硝矿溶解细观结构显微CT试验研究

对不同溶浸条件下的钙芒硝矿样进行了显微CT扫描实验,观测钙芒硝某一固定层面的物理细观结构在水溶液溶浸作用下的变化规律与特征,揭示了溶浸温度与时间对钙芒硝溶解特性的影响。结合钙芒硝溶解的宏观质量变化与细观孔隙率及裂纹演化,研究了不同温度下的钙芒硝溶解特性。根据实验与理论分析结果,得到：钙芒硝矿中Na 2 SO 4 在未达到其饱和溶解度前,溶解不断进行,同时,存在CaSO 4 的溶解与水化结晶两个动态平衡;溶解和结晶的速度影响钙芒硝孔隙率的变化;室温溶浸时,钙芒硝容易碎裂,35 ℃时,钙芒硝溶解相对稳定,65 ℃和95 ℃时,短时间内溶解速度较高,随着时间增长,溶解速度减小,且95 ℃溶速低于65 ℃;不同温度钙芒硝的溶解-渗透方式不同。     

风城油田齐古组油砂细观结构和渗流特征

为确定风城油田侏罗系齐古组油砂的细观结构和渗流特征,利用微米CT获得的灰度图像,在传统图像分割方法的基础上,提出了适用于油砂的3种介质图像分割方法,并采用物理实验法获得了油砂数字岩心,构建了孔隙网络模型.研究表明:在构建油砂数字岩心时,需要在多孔介质图像二值化方法的基础上提出适用于油砂的3种介质图像分割方法,来区分油砂...     

原级配和湿筛混凝土断裂性能差异的骨料含量效应

为了研究骨料含量对水工大骨料混凝土湿筛前后力学性能差异的影响,利用细观有限元方法模拟了原级配与湿筛混凝土单轴拉伸作用下的断裂过程,并分析了在原级配试件骨料含量分别为40%,45%和50%的情况下,原级配和湿筛混凝土拉伸断裂性能差异的变化规律,在此过程中还采用了Monte Carlo模拟方法消除了混凝土细观结构随机性带来的影响。分析结果表明：在骨料含量逐步提高的情况下,原级配混凝土与湿筛混凝土力学性能的差异出现了明显变化,弹性模量的比值随之相应增大,峰值应力的比值基本保持不变,峰值应变及断裂能的比值随之趋于减小。     

基于X-ray CT的沥青混合料空隙测试精度影响因素分析

为了分析细观尺度下沥青混合料空隙率测试精度的影响因素,采用德国Phoenix v|tome|x S240型工业X-ray CT机,结合正交试验设计与方差分析,研究不同CT参数及级配类型对沥青混合料三维重构体积参数的影响．通过对不同级配类型马歇尔试件扫描并进行三维重构与体积分析,建立影响因素与空隙率测试结果之间的关系,进而确定最优扫描参数．试验结果表明,基于细观尺度对沥青混合料进行三维体积分析是可行的;扫描电压、电流及级配类型对重构结果有不同程度的影响;适当提高电压、电流及选择恰当的滤波片可提高测试结果的准确性;在恰当的设备参数条件下,基于细观尺度与宏观尺度下得到的沥青混合料空隙率具有良好的相关性,有助于提高测试结果的准确性与试验的经济性．     

复杂物系的介观结构和DPD模拟

耗散粒子动力学(DPD)模拟方法是研究复杂物系介观结构的一种重要手段。首先简要介绍了DPD模拟方法,然后介绍了实际物系与DPD模型映射的2种方法,即Groot和Warren方法以及Pagonabarraga和Frenkel方法。最后对DPD模拟的理论和应用研究进展作了回顾。     

岩石块度分布的分形性质及细观结构效应

岩石破碎后碎块的块度分布规律是岩石破碎学中的一个重要课题．本文从分形几何的观点出发,通过标准岩样的单轴压缩实验,着重对岩样破碎后的碎块块度分布进行了统计分析．结果表明,岩石的块度分布是个分形,分形维数Ｄ成为反映岩石破碎程度恰当的统计特征量．同时指出,块度分布分形维数与岩石力学性能的相关性和岩石的细观结构密切有关,是岩石细观结构、加载方式及试样形状尺寸等因素的综合反映．