基于扩展有限元模型的土工布防荷载型反射裂缝影响分析

运用ABAQUS软件建立三维扩展有限元模型(XFEM),研究了荷载型反射裂缝的扩展规律和土工布的防反特性和机理,探究了土工布拉伸模量和布设位置对防反性能的影响。使用材料试验系统开展重复加载试验验证了扩展有限元模型的有效性。分析结果表明:荷载型反射裂缝的扩展可分为4个阶段;土工布拉伸模量越大,裂缝扩展越慢,且随着裂缝的扩展,裂尖应力强度因子逐渐减小,裂缝扩展内动力不足;拉伸模量为100 MPa时最为经济有效;土工布长期受力状况不随模量变化而出现较大变化,土工布在裂缝早期发挥更大作用;土工布布设层位越高,裂缝扩展长度越大,位于基层顶面时能吸收最多的集中应力,防反效果最优。     

爆炸荷载作用下预裂缝宽度对裂纹扩展的影响

为探究预裂缝宽度对爆生、原生裂纹扩展的影响,基于焦散线系统和有限元数值模拟方法开展了一系列研究.结果表明:预裂缝可加强炮孔与预裂缝之间岩体破碎,阻碍爆生裂纹向保护岩体扩展,引导爆生裂纹向预裂缝两端扩展;在爆生气体膨胀作用下,预裂缝有闭合趋势,随着预裂缝宽度的增加,裂缝闭合用时增长,预裂缝面闭合后产生挤压应力峰值减小;爆炸荷载下,保留岩体内原生裂纹靠近炮孔一侧翼裂纹起裂时的应力强度因子小于背离炮孔一侧;随着预裂缝宽度的增加,原生裂纹的扩展长度与其两端应力强度因子均呈现先降低再上升的变化规律,原生裂纹迎爆侧起裂时的应力强度因子逐渐降低.     

基于ABAQUS二次开发的巴西圆盘断裂机理

针对含中心裂纹的巴西圆盘开裂模型利用ABAQUS进行了参数化二次开发,基于扩展有限元法和最大周向应力准则对试件裂纹扩展进行数值模拟并验证,研究了围压对裂纹扩展以及裂纹尖端应力强度因子和T应力的影响.研究结果表明,试件在预制裂纹尖端发生起裂并沿最大周向应力方向扩展.随着裂纹倾角增大,Ⅰ型应力强度因子逐渐减小,Ⅱ型应力强度因子呈现先增大后减小的趋势,T应力逐渐增大.随着围压数值的升高,试件的断裂韧度增大,T应力增大,而Ⅰ型和Ⅱ型应力强度因子几乎不受影响.     

碾压混凝土重力坝诱导缝施工期三维非线性开裂分析

基于三维瞬态有限元温度应力仿真分析的结果,采用混凝土分布裂缝模型,对大坝诱导缝的开裂及裂缝扩展进行了跟踪计算.计算结果表明,坝体的上游面诱导缝缝端应力强度因子局部超过混凝土的断裂韧度,诱导缝开裂发生,诱导缝的开裂明显地减小了坝段中部区域的拉应力,根据开裂分析结果,建议诱导缝的设置长度为4.5m.     

基于复合梁的钢桥面铺装断裂参数数值模拟

基于桥面铺装的裂缝特点及断裂力学理论,引入J积分并建立复合梁三点弯曲试验数值模型,研究了温度和初始缝高比对其断裂特性的影响。研究分析可得,随切口深度的增加,梁启裂、失稳时的J积分和裂纹的亚临界扩展量逐渐降低,启裂Jini的降低幅度比失稳扩展Jmax小;复合梁的Jini、Jmax和裂缝亚临界扩展长度随着环氧沥青混凝土的模量增大而变小。研究可为桥面铺装的抗裂设计提供依据,并为铺装结构的裂缝修补时机研究提供思路和参考。     

中深层地热储层水力压裂多股裂缝扩展数值模拟研究

目前中深层地热能岩石裂缝扩展研究主要针对单一裂缝，而实际开采生产过程中，岩石裂缝多以复杂缝网为主，单一裂缝研究难以指导现场实际工程。采用Cohesive单元内聚力模型，利用大型有限元商业软件ABAQUS并通过厚壁筒膨胀致裂实验结果预制水力裂缝扩展路径，建立了中深层地热储层水力压裂多裂缝缝网扩展模型，并开展了相关的数值模拟计算，考察了地热储层水力压裂过程中裂缝起裂时间、最大主应力、孔隙压力、裂缝宽度等多种因素对水力裂缝扩展的影响规律，并分析比较了多条水力裂缝不同起裂次序、3条裂缝同时起裂情况下的人工裂缝扩展特征。结果表明：水力裂缝的起裂时间对于最大主应力和孔隙压力具有影响，但是对于裂缝宽度影响甚微。相对于裂缝同时起裂，裂缝先后起裂会使最大主应力和孔隙压力增加，有助于多裂缝缝网的形成，但是不能通过控制起裂时间使裂缝宽度增加。     

隧道内路面结构反射裂缝产生及影响因素分析

裂缝尖端应力强度因子是判断裂缝开裂扩展的重要指标，应用商业通用有限元软件ABAQUS．建立了8结点等参单元的有限元模型，采用奇异等参元及断裂力学理论．对隧道内水泥混凝土找平层的裂缝问题进行了数值分析，结果能真实反映隧道内路面结构裂缝的发展现象和规律．为高速公路隧道工程设计提供依据。     

沥青路面反射裂缝机理及夹层结构应力分析

目的 研究反射裂缝对面层结构内部应力的影响及应力吸收层模量对裂缝尖端应力的影响.方法 采用断裂力学理论对路面裂缝的形成和扩展进行分析,利用有限元软件ANSYS对路面结构进行数值模拟,研究沥青结合料路面反射裂缝产生机理.结果 有裂缝的路面结构在裂缝尖端处的剪应力和拉应力均有突变,裂缝尖端的应力场有明显的奇异性.在车辆动载的作用下,半刚性基层裂缝尖端剪应力的奇异性导致裂缝反射到沥青面层上.结论 选择低模量、抗剪切能力强的应力吸收层能够抑制剪切型反射裂缝的发展.     

沥青加铺层反射裂缝有限元分析

以烟(台)青(岛)一级公路烟台段试验路为应用研究对象,应用大型商业通用有限元软件ABAQUS计算分析了沥青混凝土加铺层反射裂缝的受力特性,为加铺层的结构设计和材料设计提供依据。研究表明:随着沥青加铺基层厚度的增加,控制着路面裂缝扩展的剪切型应力强度因子KⅡ呈减小趋势;沥青稳定碎石模量对加铺层的抗裂性能有重要影响,裂缝尖端的应力强度因子将随着加铺基层模量的增大而增大;大粒径碎石沥青加铺基层中孔洞的存在极大地消减了裂缝尖端的应力集中,有助于阻碍裂缝的进一步发展。     

土工格栅对复合路面结构反射裂缝抑制作用的分析

针对土工格栅抑制复合路面结构中反射裂缝扩展的问题,借助ABAQUS有限元软件,计算反射裂缝发展中不同阶段及不同轮压作用情况下的裂缝尖端应力强度因子KII,研究土工格栅反射裂缝扩展不同阶段下的抑制效果。结果表明,土工格栅在反射裂缝早期有一定的抑制作用,但随着裂缝的扩展,其抑制作用逐渐减弱,并据此给出实际工程改造的建议。     

基于均匀化方法的砂砾岩储层水力裂缝三维延伸模拟研究

由于砾石的存在,与储层基质间存在多尺度差异,砂砾岩储层水力压裂裂缝扩展形态不明确,储层改造效果差,水力裂缝扩展的数值模拟有利于提高砂砾岩储层压裂成功率。将储层表征为“基质-交界面-砾石”复合模态,利用随机分布函数及Monte-Carlo抽样方法,完成砂砾岩储层数学表征。利用均匀化理论,得到砂砾岩储层宏观等效弹性张量,有效降低多尺度导致的计算量弊端。以Palmer拟三维水力裂缝扩展模型为基础,完成砂砾岩储层水力压裂裂缝三维扩展数值模拟研究。分析表明:地层应力差、施工排量与压裂液黏度均影响裂缝三维扩展;随着应力差的增大,水力裂缝高度呈现明显下降趋势,且裂缝长度和宽度均随之增加;随着施工排量的增大,水力裂缝高度、裂缝长度和宽度均随之增加;随着压裂液黏度的增大,水力裂缝高度与宽度呈现明显下降趋势,裂缝长度反而随之增加。     

射孔对破裂压力及裂缝形态影响数值模拟研究

针对射孔对水力压裂过程中的破裂压力以及裂缝形态的问题,通过建立不同射孔方位和不同远场主应力条件下裂缝扩展模型,将位移不连续方法(DDM)应用于水力压裂过程中的力学分析研究,同时在裂缝扩展准则上运用修正了的G准则-F准则并进行裂缝扩展规律研究.根据不同射孔方位和不同远场主应力条件下裂缝扩展的模拟计算,在地应力大小和方位确定的情况下,破裂压力随着射孔方位的增大而升高,并且随着方位角的增大,裂缝形态会发生转向,而且裂缝壁面粗糙,会增大压裂液摩阻.对于实际的射孔参数优化设计和压裂施工具有参考意义.     

路面结构裂缝应力强度因子数值计算

路面裂缝尖端应力强度因子是判断裂缝开裂扩展的重要指标 .应用奇异等参元及断裂力学理论 ,对 3种荷载简化模式下路面单裂缝问题进行了数值分析 .在裂缝尖端附近采用最小二乘法回归得到了相应的裂缝尖端应力强度因子 ,同时应用有限宽板条模型进行了数值验算 .计算结果表明 ,裂缝长度与基层模量对裂缝尖端应力强度因子影响较大 ,凸形荷载作用下裂缝更易扩展 .     

基于大比尺模型试验的连续配筋混凝土路面开裂研究

为控制连续配筋混凝土路面（CRCP）的横向裂缝,修建大比尺模型-连续配筋混凝土梁（CRCB）,分析混凝土材料、配筋率、纤维及横向预切缝对CRCP开裂的影响. 构建解析模型推导横向裂缝间距和宽度的计算表达式,理论量化不同设计参数对CRCP横向裂缝特征的影响. 结果表明：解析结果与现场勘测数据吻合,说明解析法切实可行;横向裂缝随着试验梁龄期增长而发展,且于19个月后趋于稳定;配筋率对裂缝间距和宽度影响较大,采用筋径为22.23 mm（#7号钢筋）的试验梁,其裂缝间距和宽度比采用筋径为19.05 mm（#6号钢筋）的试验梁降低了17%左右;采用轻质混凝土可增大裂缝间距、减小裂缝宽度,为控制冲断提供可能;加入纤维和设置横向预切缝可增大裂缝间距、减小裂缝宽度.     

桥式起重机桥架疲劳裂纹扩展的数值分析

采用有限元方法,计算某桥式起重机桥架的最大主应力分布,通过应力状态判断桥架某处裂纹的主要断裂类型,并利用扩展有限元方法（XFEM）,计算桥架在最大载荷和最小载荷两种状态下不同裂纹长度时裂纹的尖端应力强度因子（SIF）,由此根据Paris疲劳裂纹扩展公式的基本理论,描述该处疲劳裂纹扩展的基本规律,建立裂纹长度与交变应力循环周期数的函数关系,对起重机桥架裂纹短期内快速扩展的原因给出量化分析。结果表明,低应力的循环作用是该处裂纹形成和快速扩展的原因。     

SFCB珊瑚混凝土梁开裂性能及计算方法研究

通过对不同混凝土强度等级、钢-连续纤维复合筋（steel-FRP composite bar,SFCB）配筋率的珊瑚混凝土梁进行正截面抗弯性能试验,研究SFCB珊瑚混凝土梁的裂缝开展过程与规律、平均裂缝间距、最大裂缝宽度等,提出了SFCB珊瑚混凝土梁平均裂缝间距及最大裂缝宽度的计算公式。结果表明：SFCB珊瑚混凝土梁裂缝宽度在加载初期发展缓慢,接近极限荷载时,纯弯端主裂缝宽度不断变大,梁最终发生弯曲破坏;增大SFCB配筋率,梁平均裂缝间距减小,而增大珊瑚混凝土强度等级,梁平均裂缝间距增大;随着SFCB配筋率的提高,梁最大裂缝宽度扩展逐渐减慢,抑制了裂缝的发展;提高珊瑚混凝土强度的等级,梁最大裂缝宽度变化较小;基于试验数据,提出了梁平均裂缝间距和最大裂缝宽度计算公式,理论值与试验值吻合良好。     

基于XFEM的孔洞对裂纹扩展路径影响分析

采用扩展有限元法(XFEM)研究改进CT试样中孔洞与初始裂纹尖端的夹角(θ)、距离(L)以及孔洞半径(R)对裂纹扩展路径偏转程度的影响,为了定量表示影响程度,提出挠度影响系数的概念。结果表明:当θ=45°时,挠度影响系数达到最大;挠度影响系数随着R的增大而增大,随着L的增大而减小;在R和L共同影响下,L为主导影响因素。此外引入载荷复合比M_e来评估裂纹扩展特性,建立挠度影响系数与载荷复合比之间的联系。     

水力压裂水平缝扩展数值模拟

浅层油藏水力压裂改造易产生水平缝,考虑渗流-应力耦合效应,利用ABAQUS有限元软件,建立考虑隔层,包含套管-水泥环-储层的三维分析模型。在该模型基础上,分析不同地质条件与施工参数对水力压裂水平缝扩展及压力变化的影响,具体包括水平地应力差、基质渗透率、施工排量,以及压裂液黏度。通过各因素分析,分析适合于水力压裂水平缝扩展的地质因素;结合实际施工特征,优选施工参数和工艺,保证压裂效果,对浅层水力压裂裂缝扩展机制的了解和施工工艺与参数的优选具有一定的意义。 更多还原     

射孔对致密砂岩气藏水力压裂裂缝起裂与扩展的影响

为降低致密砂岩气藏偏高的地层破裂压力及增加储层改造体积,设计小型水力压裂实验装置,通过鄂尔多斯致密砂岩气藏钻井取心,研究不同射孔数量﹑射孔间距﹑射孔深度及水平应力差条件下水力压裂裂缝起裂与扩展规律.结果表明,射孔可以有效地降低致密砂岩气藏的破裂压力;增加射孔数量可以增加裂缝条数,并且裂缝沿射孔的方向扩展,有利于均匀布缝,提高储层的改造体积;低水平应力差和较小的射孔间距产生的缝间干扰导致裂缝在扩展的过程中发生偏转,缝间干扰随着射孔间距的增加及水平应力差的增大而减弱;射孔深度对于裂缝起裂也有一定的影响,裂缝更容易从射孔较深的区域起裂,为致密砂岩气藏压裂井射孔参数优化提供依据.     

水力压裂裂缝宽度影响因素分析

在PKN模型的基础上,对水力裂缝宽度方程进行了推导.根据水力裂缝宽度方程对影响水力裂缝宽度的因素进行了分析.分析结果表明,水力裂缝宽度随着施工排量、压裂液效率、流变指数等的增大而增大,随着地层最小水平主应力和杨氏模量的增大而减小,地层泊松比对水力裂缝宽度影响较小.通过对影响水力裂缝宽度的因素进行分析,对优化压裂设计有一定的指导意义.