应用纳米压痕技术测试水泥粒子的弹性模量

应用纳米压痕技术实测了水泥粒子的弹性模量，并对试样制备技术进行了研究，分析了合理的样本数量。研究表明：应用酚醛树脂镶嵌水泥粒子后再进行磨光、抛光和超声波清洗等工艺可制得表面光洁度符合纳米硬度仪要求的试样；假定水泥粒子的弹性模量服从正态分布，其样本均值为17．4GPa，具有95％保证概率的置信区间为[14．7GPa，20．1GPa]，选取20个测试点即可得到较为可靠的数据。     

POSS纳米杂化材料压痕实验的分子力学模拟

本文通过分子力学模拟方法研究了聚苯乙烯和丙基POSS纳米杂化聚苯乙烯两种薄膜在压痕实验中的力学行为.计算得到了两种材料的载荷-位移曲线.曲线表明随着压头位移的增加,两种材料的载荷响应呈锯齿状增长.结合材料的载荷-位移曲线和模拟过程中材料的形变计算了两种材料的硬度.进而,采用一个简单的表达式描述材料硬度与压痕深度之间的关系.我们通过对多种聚合物硬度-压痕深度的拟合验证了公式的合理性.根据此公式计算出了聚苯乙烯及其POSS杂化材料极限硬度的比值,结果表明POSS单体可以有效地提高聚苯乙烯的硬度.     

基于纳米压痕技术及有限元模拟的薄膜力学性能研究

采用纳米压痕技术结合有限元模拟和量纲分析方法分析薄膜材料的弹塑性性能．用有限元模 拟纳米压痕过程,结合量纲分析方法将纳米压痕的加卸载过程与被测材料的力学性能联系起来,建 立起两者间的无量纲函数关系结构式,进而结合实际纳米压痕试验所得薄膜的弹性模量和载荷— 位移曲线计算出了材料的应力—应变关系．经检验,有限元模拟所得到载荷—位移曲线和纳米压痕 试验所得载荷—位移曲线吻合得比较好,因此验证了有限元模型的正确性和材料模拟的正确性．     

基于纳米压痕技术的电子玻璃微观力学性能研究

为了研究不同电子玻璃的微观力学性能,采用先进的纳米压痕技术记录钠钙硅、无碱硼铝硅和碱铝硅等典型电子玻璃的载荷-位移曲线,利用Oliver-Pharr方法和经典的弹塑性变形理论,计算玻璃的硬度和弹性模量. 玻璃的硬度主要与结构的键合度相关,平均非桥氧数越高,外力作用下越容易致密化,硬度越小;弹性模量主要取决于质点间的化学键强度,化学键力越强,变形越小,弹性模量越大;九点法测得的弹性模量与硬度的变化趋势不完全相同,借助硬度-弹性模量-能量耗散之间的本征关系,评价玻璃样品的微观均匀性,其中无碱硼铝硅玻璃的恢复阻力大,局部能量耗散大,不容易引起整体破坏,力学性能最好;与浮法工艺相比,溢流下拉法制备样品的局部力学性能波动较小,微观均匀性较好.     

测试原位纳米压痕的微小型加载装置

提出一种用于原位纳米压痕测试的微小型精密加载装置。结合纳米压痕测试的基本要求,对精密加载装置进行了结构设计分析,建立了以压电叠堆推动柔性铰链推进单晶金刚石工具头实现压痕测试的方案,依据胡克定律利用柔性铰链敏感单元实现对压入力信号的检测。对压入柔性铰链单元进行了力学分析和模态研究,在此基础上,对研制测试平台样机的压入特性、载荷力检测等进行了试验测试,并利用研制的样机对单晶硅晶片进行了压痕试验。加载装置在100V驱动电压下压头有效行程可达11.96μm,基本满足压痕测试的功能要求。     

非常规储层体积改造中岩石脆性特征的判别方法

水平井钻井+体积改造技术是非常规领域实现突破的关键.研究储层的脆弹性特征是储层是否适合体积改造的核心问题,通过岩石力学分析、全岩分析及核磁扫描等方法,建立岩心剪切破坏观察、脆性指数计算、断裂韧性计算和岩心CT与岩石力学结合的一套用于评价储层脆性特征的综合研究方法.     

深部巷道稳定的若干岩石力学问题

论述了深部岩石力学与工程问题研究的意义；评述了深部原岩应力分布对岩石性质与岩石工程的影响；指出了岩石强度失效与工程围岩破坏过程的实质；分析和评价了岩石破坏所形成的序列结构形式以及对其强度的影响．根据深部岩石工程施工以及变形破坏的特点，通过对工程开挖的卸压影响、岩石脆性与延性破坏的关系以及岩石变形、破坏的时间效应的分析，说明了深部岩石工程稳定有其不同的性质与特点．     

基于单晶硅各向异性特征的纳米压痕过程有限元仿真研究

本文采用各向异性弹塑性材料本构关系,利用非线性有限元软件MSC.Marc建立了单晶硅纳米压痕过程的三维模型,分别用玻氏、维氏、圆锥形和球形压头对单晶硅（100）晶面进行了纳米压痕过程的仿真分析,研究了单晶硅对于不同形状的压头、不同压头半锥角、不同最大加载力的加、卸载响应特性。仿真结果表明,压入相同深度时,圆锥形压头所需载荷最小,材料对圆锥形和球形压入产生的应力应变分布呈现出各向异性,体现了单晶硅在不同晶向上的材料性能存在差异。当最大加载力为25mN时,仿真得出维氏压头在单晶硅（100）晶面产生的压痕深度约为300nm,与相应实验结果基本相符。     

基于纳米压痕分析的往复扭转载荷下45号钢的力学性能

通过自制的原位拉扭-压痕力学性能测试装置,开展了往复扭转后45号钢拉伸力学性能测试。首先,由纳米压痕试验分析并获得了往复扭转后45号钢的力学性能曲线及其弹性模量、硬度、屈服强度和应变硬化指数等参数的变化。然后,通过原位拉伸试验证实了纳米压痕试验计算45号钢力学性能的可行性。结果表明,拉伸试验和压痕试验计算获得的材料力学参数具有很好的一致性。本文通过原位图像,还进一步分析了材料在往复扭转载荷下的损伤机理,证实了试验结论的正确性,为通过纳米压痕试验获取服役状态下材料力学性能提供了试验依据。     

基于网络模型的岩石电学性质研究

建立网络模型,模拟计算电阻率和含水饱和度,探讨几种孔隙微观结构属性与其关系,分析润湿性对岩石电阻率的影响.研究结果表明,岩石孔隙结构对于水湿岩石的岩石电性特征有决定性的影响.     

一种基于TBM掘进参数的现场岩石强度快速估算模型

基于隧道掘进机(tunnel boring machine, TBM)现场实际掘进参数与岩石强度的相关性,提出一种现场岩石强度快速估算模型。该模型详细分析了开敞式TBM现场实际掘进参数的趋势,建立了其与岩石单轴抗压强度(uniaxial compressive strength, UCS)的拟合关系式;根据回归系数R²排序:0.761 2(贯入度指数)> 0.759 5(推力)> 0.691 5(掘进比能)>0.598 6(扭矩)> 0.561 5(贯入度),确定采用贯入度指数(field penetration index, FPI)快速估算岩石强度UCS。与以往岩石强度经验模型对比,该估算模型更具针对性和适用性。研究成果为TBM工程岩石强度的快速估算提供了一种新的切实可行的思路。     

基于仿齿压头的物料脆裂力学模型建立及验证

使用仿齿压头对脆性食品物料进行了压碎试验,通过对杵-臼咀嚼模型研究以及对仿齿压头破碎物料的受力分析,建立了基于仿齿压头的物料脆裂力学模型和物料脆裂方程。验证试验结果表明,脆裂力计算值与试验值误差小,物料的脆裂方程能正确反映脆裂力和失效应力之间的关系,脆裂方程表达式正确。相关性分析结果表明,脆裂力与脆性感官评分之间的相关性良好,基于仿齿压头的物料脆裂力学模型可以用于食品物料脆性的评定。     

岩石断裂作用的反应-迁移-力学耦合与自组织

岩石断裂作用是一个复杂的动力学体系和动力学过程，受到岩石结构、应力、流体迁移、化学反应等多种地质因素和过程的耦合控制．本文建立了岩石断裂作用的反应-迁移-力学耦合动力学模型并编制了模拟程序．以湖南水口山康家湾矿区为例，数值模拟表明不同岩石的断裂作用强度和断裂渗透率演化是不同的，断裂与岩石、流体间的耦合产生正反馈和自组织作用，使得断裂渗透率的空间非均匀性增强并产生聚流作用．断裂与岩性、流体、反应的耦合、反馈与自组织作用控制了康家湾矿区流体成矿作用的发生与矿体的形成．     

基于孔隙曲折度与等效岩石元素理论的致密砂砾岩导电模型

徐家围子地区深层致密砂砾岩储层岩性成分复杂、储层物性差、分选性差、非均质性强、孔隙结构复杂,给求取储层饱和度参数带来困难.为求取致密砂砾岩储层的含气饱和度,建立孔隙结构复杂的致密砂砾岩储层的导电模型.利用等效岩石元素理论,描述岩石孔隙中孔腔和吼道比对岩石导电性的影响,并引入孔隙曲折度阐述岩石孔隙弯曲程度对岩石导电性的影响;利用串并联导电理论,建立研究区基于孔隙曲折度与等效岩石元素理论的致密砂砾岩储层导电模型.利用徐家围子地区深层致密砂砾岩储层岩电实验数据分析模型精度.结果表明:该模型计算的岩样电阻率值与实验测量值平均相对误差为6.2%,表明该模型能够较好地描述致密砂砾岩储层的导电规律.利用建立的模型及确定的模型参数值对研究区2口试油井进行实际资料处理,2口井含气饱和度大于60%,表明该模型适用于徐家围子地区深层致密砂砾岩储层评价.     

一种基于统计损伤本构关系的岩石脆性评价新方法

脆性评价对岩石（尤其是深部岩石）的可压裂、开挖损伤及岩爆等特性的研究具有重要意义.为此,总结国内外岩石脆性评价方法,基于现有脆性指数在定量表征岩石脆性程度中的局限性,考虑能够模拟岩石应力-应变全过程曲线的统计损伤本构模型,分析岩石的损伤演化特征,提出一种基于统计损伤本构关系的岩石脆性特征评价新方法,建立脆性指数B_D定量表征岩石的脆性程度,通过模型理论论证和室内三轴压缩试验验证脆性指数的合理性.结果表明:脆性指数B_D能很好地表征岩石的脆性特征,基于统计损伤本构关系的岩石脆性评价方法具有较好的适用性;通过大理岩、花岗岩以及塔木素黏土岩不同围压下的物理实验,验证脆性指数B_D的正确性及相比其他方法的优越性;随着围压的增大,塔木素黏土岩表现出明显的脆性破坏向塑性破坏转变的特征.