椭圆井眼井壁稳定性研究

钻头破碎岩石形成井眼后,钻井液代替了破碎后的岩石对井壁起到了支撑作用,在一定程度上维持着井壁的稳定。长期以来针对井壁稳定性的研究都是基于理想的圆形井眼,而对非圆形井眼井壁稳定性的研究很少;然而,在实际情况中井壁受钻柱的碰磨、井内介质的冲刷、地层应力以及岩石本身的力学性质等因素的影响而表现为非圆形的井眼,因此有必要分析非圆形井眼井壁稳定性情况。通过建立数值仿真模型分析了井壁在最大主应力方向和最小主应力方向受损后的井眼应力情况,结果表明:基于圆形井眼计算出的泥浆密度窗口要大于基于受损井眼所得出的密度窗口,所以,如果基于圆形井眼的计算结果去调节泥浆密度是不理想的,应该根据实际井眼的计算结果来做相应的调节。     

岩石爆破中塑性压剪损伤的数值模拟

为计算爆破导致的塑性压剪损伤,基于岩石微元强度分布的随机性,采用连续介质力学与损伤力学理论,建立一种岩石损伤软化统计本构模型,并将此模型合理地嵌入到大型有限元软件LS-DYNA中,对无限岩体中的球形和柱形药包爆破压剪损伤问题进行了数值模拟,获得了不同围压下的应力-应变关系数据和不同时刻损伤分布的资料。该模型本构参数少,能够较好地反映出介质的损伤与软化等特征。     

厚壁圆筒自增强几个关键问题辨析

以塑性区深度表征超应变度,研究了不同的超应变度计算方法对自增强圆筒有关应力及承载能力的影响,分析了不同的超应变度计算方法所产生的效果,提出了相关的计算公式和图表。     

裂缝性地层井壁稳定研究

通过对裂缝性地层井壁稳定开展研究,利用离散元模型与有限元模型对井壁井眼稳定进行分析,得出利用离散元方法是基于剪切破坏而没有考虑岩块松散(井眼扩大),虽然大多数情况下坍塌确实是有剪切破坏引起的,但是在高压差作用下,井眼扩大也会造成很严重的问题。而利用有限元模型研究裂缝性地层井壁失稳和井眼膨胀。但是因为假设条件的不同,计算误差也偏大。但如果能合理的选取适合的边界条件,还是能满足工程计算的需要。     

内压作用下椭圆管道应力及极限载荷数值分析

采用有限元方法分析含椭圆度的管道在内压作用下的应力分布和塑性极限载荷,考察不同椭圆度、壁厚以及管径条件下,管道应力分布和极限载荷值的变化。结果表明,含椭圆度管道的最大应力随椭圆度的增大而迅速增大,管道极限载荷值随椭圆度增大而线性减小,椭圆度、壁厚及管径对管道的安全性有很大影响。     

雷达罩变厚度蜂窝展开加工的力学约束

在文献[1]中,雷达罩变厚度蜂窝展开加工后被铺贴到模具上。本文针对蜂窝中的应力应变,运用几何学及力学的综合方法进行力学推导,得到蜂窝的应力应变数据,并确定雷达罩蜂窝展开加工的力学约束条件,从而对不同的雷达罩蜂窝材料加工的合理尺寸给出合理的判据。这种方法避免了传统的有限元方法中的复杂的有限元建模过程,也避免了有限元计算中的误差。在针对FEMAP程序二次开发后,本文的计算结果在FEMAP(参考文献[2])有限元软件中得到形象的显示,使二次开发的程序与有限元模型之间相互联通。     

套管水泥环在高压注水条件下的受力分析

在弹塑性力学理论的基础上,对套管和水泥环组合力学模型进行有限元三维建模,在高压注水条件下,分析套管和水泥环所受应力与注水压力之间的关系。在理论分析的基础之上,结合计算机数值计算手段,并通过ANSYS有限元软件模拟分析,得到套管和水泥环在内、外压作用下的应力应变云图,以及它们的应力随注水压力变化的多项式函数。     

城中村密集房屋区域管沟开挖效应的数值模拟研究

为了解决城中村密集房屋区域管沟开挖的安全问题,引入弹性力学指标和刚体极限平衡法,建立岩土体开挖弹塑性力学模型,借助有限元分析方法进行数值模拟,探讨不同开挖长度和深度对基坑底部回弹位移、观测点沉降位移和塑性应变的影响,分析城中村密集房屋区域管沟开挖效应的发生机理。计算结果表明：土体在相同物理力学参数和开挖深度条件下,基坑开挖长度不同时,基坑坑壁边坡的开挖位移和应力分布差别不大。当土体强度参数提高后,基坑开挖后基底回弹位移、观测点沉降位移、塑性应变均有所降低。     

基于有限元的井眼径向位移、井周应力和井眼稳定性研究

采用弹性和弹塑性有限元对井眼径向位移变化、井壁周围的应力变化和井眼稳定性进行讨论。利用ANSYS软件导出了井眼径向位移变化、井壁周围的应力变化的曲线图，并结合该图对其变化规律进行具体分析。得出在实际中采取的井眼稳定性的具体措施，即对钻井液进行调整控制，钻井液密度对井壁的稳定性具有重要的作用。     

基于ASME Ⅷ-2对圆柱壳大开孔接管的弹-塑性有限元分析

以在内压与外载荷作用下的圆柱壳上一大开孔接管为例,基于ANSYS软件中APDL语言建立了有限元模型,基于载荷与抗力系数设计方法,采用ASME Ⅷ-2中的弹-塑性局部应变极限准则在不同载荷工况组合和载荷系数下进行了应变校核。只要所有单元的成形应变与总的当量塑性应变之和小于或等于三轴应变极限,则结构处于安全。同时也对该结构进行了弹性应力分析,并与弹-塑性分析方法进行了对比。计算结果表明弹-塑性应力分析相对于弹性应力分析节省了约22%的材料,但前者方法更加耗时,对计算机要求也较高,设计者需根据材料成本和设计成本综合考虑来选择设计方法。模拟结果可为外载荷作用下圆柱壳接管的有限元设计提供一定参考依据。     

聚碳酸酯的应力松弛实验及数据处理分析

以黏弹性力学理论为基础,选用广义Maxwell模型作为聚碳酸酯(PC)黏弹性的力学模型。在120℃温度场下以不同的初始应变进行应力松弛试验,得到应力松弛过程中作用力与时间的实验数据。利用ABAQUS软件拟合得出不同初始应变下的黏弹性模型的prony参数,再结合Origin软件优化得出广义Maxwell黏弹性模型在参考温度为120℃时的普适prony级数参数,来供ABAQUS调用分析,为有限元仿真分析奠定理论基础。     

韧脆转变区夏比冲击试验的数值模拟研究

对16MnR钢在韧脆转变区进行了夏比冲击试验,利用有限元分析软件ABAQUS考虑了冲击过程中高应变率对基体材料的强化效应,并耦合延性损伤GTN模型对转变区的夏比冲击试验进行了数值模拟研究。对比试样断面上的延性裂纹扩展长度发现,GTN模型的预测结果是可接受的。通过有限元模拟获得了试样在冲击过程中各时刻的力学场,研究了在延性裂纹扩展过程中裂纹尖端应力应变场的变化规律和应变率分布规律。模拟分离得到夏比冲击功AKV包含的各部分能量,发现在冲击过程中塑性功消耗占绝大部分。     

轮胎模具上盖力学性能分析

通过对硫化时的轮胎模具上盖进行受力分析,并根据弹塑性力学薄板计算理论,建立上盖受力简化力学模型。利用有限元模拟分析不同结构形式对轮胎模具1188壳体上盖应力和应变的影响。结果表明:增大上盖闭滑板面积可使上盖应力和应变减小;当上盖及上侧板为整体式结构且均采用Q235钢时,上盖的应力小于Q235钢的许用应力,变形量均小于0. 05 mm,满足设计要求;上盖与上侧板整体式结构的上盖应力和变形量较小。     

井眼附近地应力数值模型研究

针对井眼周围岩石的受力情况,通过ANSYS有限元分析软件建立了7个二维数值模型,分析研究了均匀地应力和不同的远场应力对井眼及周围产生的影响,分析了井眼内和井眼外岩石的杨氏模量的差异和钻井过程中流体压力对其所产生的影响。在均匀地应力条件下,地应力的大小和方向是均匀地变化的,应力的非均匀性是井眼附近的应力轨迹发生变化的最主要原因。在非均匀地应条件下,井眼周围的应力轨迹会变为椭圆形。地应力的非均匀性以及岩石强度参数(如杨氏模量)的变化,对于井眼附近的地应力等值曲线形状的改变起着非常重要的作用。钻井液的压力以及非均匀地应力影响着井眼内外的应力变化。     

泥岩水化对煤层气地面抽采钻井稳定性的影响

利用浸泡实验方法和SEM技术,对鄂尔多斯矿区泥岩样本进行微观结构分析及研究,定量分析了泥岩在不同浸泡时间后的水化膨胀率及膨胀应变,建立了泥岩地层水化井壁围岩应力计算模型,研究获得了泥岩吸水后井壁周围的应力分布规律和坍塌失稳点,数值计算结果与泥岩浸泡实验结果相吻合。研究方法及结论对于解决煤层气地面钻井泥岩段地层的井壁失稳问题具有指导意义。     

波纹管成型凸模半径优化设计

成型凸模半径对波纹管下井后的膨胀性能有重要影响。针对成型凸模不同半径尺寸对波纹管成型过程中力学特性的影响,基于金属弹塑性力学、板材成型理论及有限单元法,建立了波纹管成型过程及力学行为的有限元模型,并利用有限元软件ABAQUS对该模型进行了仿真计算,从而得到了成型后的波纹管形状,并获得了成型凸模半径对成型过程残余应力和残余应变的影响,进一步求取了成型凸模半径的最优值为25mm。     

低温环境中介质结冰时玻璃钢贮罐的应力分析

根据复合材料热膨胀系数的细观力学分析,确定玻璃钢贮罐不同铺设单层的热膨胀系数;通过ANSYS大型通用有限元软件,计算了在低温环境下贮罐内的介质水结冰时由于体积膨胀受到约束而对贮罐产生的应力应变;计算分析了冰块厚度不同时贮罐的应力应变变化规律。计算结果表明,贮罐温度降低、水结冰对玻璃钢贮罐产生不可忽略的附加应力与应变;因贮罐结构设计为变厚度铺层,导致不同厚度的冰块对贮罐产生的最大应力应变差别不是很大;低温环境下使用时,建议贮罐设计时考虑低温与结冰工况的影响。     

围岩塑性区不同弹性应变对隧道位移的影响

为了研究围岩塑性区不同弹性应变对隧道位移的影响,基于弹脆塑性模型和统一强度理论,采用两种情况下塑性区弹性应变推导了围岩弹性区、塑性区的应力和位移以及塑性区半径,并以硬岩和软岩为例分析了不同弹性应变下的脆性软化和剪胀特性参数对隧道洞壁径向位移的影响。研究结果表明:在塑性区弹性应变为常数(即情况1)和塑性区弹性应变采用广义胡克定律确定(即情况2)时,洞壁处径向位移均随残余黏聚力的增大而减小,并且情况2求得的洞壁处径向位移均大于情况1;在情况1和情况2两种情况下时,洞壁处径向位移随剪胀特性参数的增大而线性增大,并且两种情况下洞壁处径向位移和剪胀特性参数变化曲线几乎平行。     

伊通地区易坍塌地层钻井液安全密度窗口的确定

从井壁稳定的岩石力学机理出发,分析井周的应力分布规律,建立井壁稳定的力学模型。根据库仑-摩尔强度准则和最大拉应力准则,计算井壁坍塌压力与破裂压力。通过计算机软件,用测井资料回归出井深和岩石密度关系,计算垂向地应力,通过压裂资料,结合测井资料计算出水平地应力。采用高压气体冷却钻头,成功钻取泥岩岩芯。在获得力学参数时,通过实验模拟地层条件,对岩芯进行损害,然后测量其力学参数,用于计算易坍塌地层的安全密度窗口。     

高强度钢厚壁圆筒自增强残余应力研究[摘]

本文根据高强度钢的拉伸—压缩试验得到的应力—应变关系曲线,提出一个加载塑性区为线性硬化、卸载塑性区为幂指数硬化的材料模型。并基于此模型及采用最后修正泊松比的方法推导了厚壁圆筒自增强残余应力的计算式。经过对材料为P_5CrNiMo的三