裸眼临时弃置井水泥塞-地层界面剥离数值模拟

地层流体沿水泥塞-地层界面运移并泄漏至地面会影响裸眼临时弃置井井筒密封完整性。为此,建立基于Cohesive单元方法的水泥塞-地层系统三维有限元模型,模拟水泥塞-地层界面裂缝的萌生及扩展过程,并与现有微环隙计算模型进行对比以验证模型的可靠性。定量分析了水泥塞-地层界面剥离过程中裂缝发展形态、裂缝扩展压力和裂缝剥离高度的变化,并对水泥塞力学参数、界面胶结强度及水平地应力差进行了敏感性研究。研究结果表明:较大的界面胶结强度和较高的水泥塞弹性模量有益于增大水泥塞-地层界面裂缝扩展压力,降低裂缝剥离高度,减小界面剥离失效的风险;在非均匀水平地应力条件下,地应力差越大,界面越容易剥离;水泥塞泊松比对裂缝扩展压力及剥离高度影响较小。研究结果为预测水泥塞-地层界面剥离导致的裸眼临时弃置井井筒密封完整性失效提供了有效方法。     

煤矿砂岩横向切槽真三轴定向水力压裂试验

为揭示煤矿基本顶细砂岩定向水力压裂裂缝起裂、扩展规律,在煤矿井下原位获取并加工成300 mm×300 mm×300 mm大尺寸细砂岩,在试样正中布置直径26 mm的压裂孔,采用专用切槽钻头垂直钻孔轴向预制长12 mm的三维楔形横槽,开展大型真三轴定向水力压裂试验与高能工业CT扫描,研究了原生层理方向与水平应力差大小对水力裂缝起裂压力、扩展形态、水压-时间曲线、压裂体积的影响规律,并引入定向偏转距概念(预制切槽处裂缝沿其方向定向扩展不发生偏转的距离)来表征定向压裂效果。试验结果表明:预制横向切槽可驱使其附近裂缝沿着切槽定向起裂、扩展,裂缝形态分为单一横切型和复杂"H"型;水压-时间曲线根据裂纹扩展阶段的不同,分为平缓式波动型和断崖式跌落型。水平应力差对切槽处的裂缝定向偏转距影响程度大于层理方向。高水平应力差作用下切槽尖端应力集中程度更高,穿越层理面能力更强,裂缝从切槽尖端起裂后与层理交汇后不发生偏转,切槽定向效果较好;而低水平应力差作用下裂缝扩展时遇到层理易发生转向,切槽定向效果差。高水平应力差作用下裂缝定向偏转距为低水平应力差作用下的10倍,前者切槽可定向裂缝扩展至试样边界,后者切槽仅可控制其附近裂缝扩展方向,之后逐渐偏转至与最大水平主应力方向平行。层理平行切槽时,裂缝平均起裂压力、压裂体积是垂直切槽时的1. 7倍;高水平应力差作用下裂缝平均起裂压力、压裂体积是低水平应力差作用下的1. 3倍。层理效应在低水平应力差作用下明显,当切槽与层理方向一致时,切槽附近层理最易被激活并沿切槽定向扩展,裂缝宽度与形态复杂多样,反之,较难被激活,裂缝形态单一;而高水平应力差作用下不同方向的层理均能被激活,裂缝扩展充分,形成形态复杂多样的缝网。     

深部软岩巷道围岩变形特征及数值模拟分析

针对深部煤矿开采条件下软岩巷道围岩出现持续流变时间长、变形大、地压高、巷道难以维护等特点，首先分析了深部软岩巷道变形特征，采用FLAC^3D数值模拟软件，分析了不同埋深条件下巷道围岩垂直应力分布、水平应力分布以及巷道围岩塑性区扩展规律。研究得出，深部软岩巷道的围岩岩块呈松散破碎形态，相互翻转和滑移，岩体的模量和强度低；随着巷道埋深的逐渐增加，巷道围岩应力集中系数逐渐减小，巷道垂直、水平应力峰值逐渐变大，塑性破坏范围扩展速率逐渐增加。研究为深部软岩巷道支护提供理论基础。     

超细晶纯钛的微动疲劳特性

利用自行设计的微动疲劳实验夹具装置研究超细晶纯钛在柱面-平面接触下的微动疲劳特性,分析循环应力对其微动疲劳寿命的影响,通过观察接触区磨损和断口形貌,分析其微动损伤机制。结果表明,当法向载荷不变时,超细晶纯钛的微动疲劳寿命随着循环应力的增加而减小,比常规疲劳寿命更小。微动疲劳裂纹于接触区边缘萌生,磨损区破裂严重且附着有磨粒,在磨粒磨损作用下加速了试样的疲劳失效。断口同时呈现出疲劳形貌和微动形貌,形貌从平滑转向粗糙直至断裂,裂纹由小变大,裂纹扩展速率也逐渐增加,且在裂纹扩展区存在二次裂纹；由于受力不均在裂纹扩展区与断裂区之间存在山脊状形貌。     

基于IFC标准的实体扩展研究

IFC标准是一套非常全面的数据交换和共享标准,通过定义实体类型及其属性,表达建筑信息。但由于工程项目信息的复杂性和多样性,IFC标准无法预定义所有的建筑实体类型,为解决上述问题,需要对尚未被定义的实体类型和实体属性进行增添和创建,对IFC标准进行扩展。通过对IFC标准扩展机制的研究,及对桥梁健康监测构件实体的成功扩展,验证了实体扩展的实际可行性。     

ZKB型直线振动筛侧板裂纹研究及寿命分析

为了解直线振动筛侧板裂纹的综合性能,首先对侧板进行静力学分析得到侧板危险区域。其次对该区域进行裂纹布置,应用断裂力学理论对振动筛侧板进行应力强度因子的计算,分析侧板危险区域裂纹扩展特性,同时针对不同形状、大小的裂纹进行参数分析,得到振动筛侧板裂纹扩展规律。最后对侧板进行疲劳寿命计算,得到含初始裂纹处侧板的疲劳寿命及安全系数,为侧板的设计优化提供理论指导。     

列车车轮踏面滚动接触疲劳研究进展

随着高速与重载铁路的发展,车轮踏面滚动接触疲劳损伤问题变得更加显著,不仅影响乘车舒适度,增加维护成本,还会直接危害行车安全,目前尚无根本的解决办法。对国内外车轮踏面滚动接触疲劳损伤的形成机理、研究方法及影响因素进行了归纳总结。车轮滚动接触疲劳损伤形式有很多,根据疲劳裂纹在踏面下方萌生位置的不同,将踏面滚动接触疲劳损伤分为表面滚动接触疲劳、次表面滚动接触疲劳和较深层次滚动接触疲劳。随着冶金和车轮制造技术的提高,由低周疲劳或棘轮效应造成的表面滚动接触疲劳损伤成为主要的疲劳损伤类型。车轮踏面滚动接触疲劳损伤的研究方法主要包括现场调研、数值仿真和试验研究。结合已有研究成果,主要从车轮材料、车轮既有损伤、线路条件、列车运行参数、轮轨间第三介质等方面对踏面滚动接触疲劳损伤的影响因素进行了总结,并进一步提出了减缓踏面滚动接触疲劳损伤的具体措施。此外,探讨了车轮踏面滚动接触疲劳损伤未来的研究方向。     

基于EKF和UKF算法非均匀介质热物性参数重建

将无迹卡尔曼滤波技术(unscented Kalman filter, UKF)用于求解一维介质热物性参数反演问题；也对利用扩展卡尔曼滤波技术(extended Kalman filter, EKF)反演一维介质中热导率问题进行了研究。首先给出了正问题模型，然后详细介绍了EKF算法和UKF算法的基本原理。最后为了验证当前算法的可行性，采用UKF算法重建了介质内部随位置变化的热导率，并采用EKF算法重建了介质内部随时间变化的热导率。计算结果表明，UKF算法和EKF算法均能较为准确地反演介质的热导率。为了减小重建结果的时间滞后，建议使用较小的测量误差协方差R。