基于纳米压痕技术的岩石力学参数评价

为评价使用小岩心样品获取岩石力学参数,计算岩石脆性指数的可靠性,提出基于纳米压痕实验技术获取岩石力学参数的方法．使用1 mm×1 mm的小尺度岩心碎样或岩屑获得岩石的力学参数,通过纳米压痕技术进行矿物相分析和压痕实验,利用卷积方法进行尺度升级,求取宏观力学参数．采用该方法对致密油岩屑样品的力学实验结果与岩心柱塞的三轴岩石力学实验结果相比,误差绝对值小于10%,满足脆性指数计算的需要．纳米压痕技术可使用岩心碎样或岩屑获得岩石力学参数,为脆性指数评价的实验参数获取提供了新的技术方法．     

表面波表征ULSI互连布线双层薄膜机械特性的理论计算

利用超声表面波在分层结构中传播的频散特性来测量薄膜的机械特性具有准确、快速、对材料无损伤等突出优点.本文研究了在Si(100)衬底上淀积双层薄膜的分层结构中超声表面波沿Si[110]晶向传播的速度-频率色散关系.应用此方法对超大规模集成电路(ULSI)中具有质软、易碎特点的低介电常数互连介质(low-k)薄膜的机械特性进行了表面波频散计算.研究了先进ULSI互连布线系统中广泛存在的3种分层薄膜结构上表面波的频散特性.计算表明不同分层结构对表面波的频散特性影响很大.对于同一分层结构,表面波的频散曲率随low-k薄膜杨氏模量的减小而显著增大.本工作为准确测定low-k薄膜的杨氏模量提供了理论计算依据.     

湖相页岩油有利甜点区优选方法及应用——以渤海湾盆地东营凹陷沙河街组为例

页岩油有利目标区既是页岩油资源甜点区、物性甜点区,又是工程甜点区,因此寻找表征页岩油资源甜点、物性甜点及工程甜点的主地质参数,是建立页岩油有利区优选方法的关键。建立了一种基于主地质参数的页岩油有利区优选综合定量评价方法：①以游离油量、渗透率和杨氏模量为主地质参数并作为评价指标,建立权重评价值函数;②以主地质参数权重评价值乘积构建综合权重因子,确定页岩油勘探开发有利层、低效层和无效层综合权重因子分布范围;③确定页岩油勘探开发有利层系及有利区分布。将该方法应用于渤海湾盆地东营凹陷,评价了27口井沙河街组三段下亚段和沙河街组四段上亚段页岩油层系综合权重因子,预测出页岩油勘探开发有利层系及有利区分布范围,研究结果对东营凹陷页岩油勘探开发具有一定的参考意义。     

杨氏模量和泊松比反射系数近似方程及地震叠前反演

杨氏模量和泊松比是表征岩石性质的重要弹性参数;地震叠前反演是获取地下弹性参数最有效的方法之一,其核心是描述地震波反射特点的反射系数方程。针对缺失大入射角的地震数据,经典三项式反射系数方程的反演不稳定性较突出的情况下,拟从减少参数维数入手,提高反演结果的稳健性。首先从Aki-Richards近似方程出发,通过引入密度幂指数经验近似模型拟合密度反射系数,推导得到直接反演杨氏模量和泊松比的两项式反射系数近似方程;然后,从正演与反演角度,利用多个参数化模型对新方程的稳定性与精度进行分析、验证,结果表明该方程具有计算精度高、适用性较强的特点;最后,依据新方程总结了一套适用于含气储层、能够直接反演岩体脆性参数的叠前反演方法,该方法较好地刻画了含气目标,为油气储层含气特征的识别提供了新的手段。     

用应变片测定杨氏模量

物理学上测量杨氏模量一般都采用测驰垂度的方法,而采用应变电阻片测量杨氏模量则比较简单、容易调节,有很好的重复性,所得结果与其它方法相符合。     

利用原子力显微镜测量复合微胶囊静态弹性性质

用层-层组装方法制备了直径约为6μm的聚电解质多层复合微囊,并用原子力显微镜研究了微囊的弹性性质.通过用微球修饰的原子力显微镜探针对微囊加载,在空气和水环境下测童了不同刚性探针加载液体填充微囊的力曲线,利用微囊变形理论模型拟合力曲线,得到多层微胶囊的杨氏模量在90 MPa ～180 MPa之间.     

PNIPAM/锂藻土纳米复合凝胶微球的制备及其弹性力学性能

利用微流控技术,以锂藻土作为交联剂,成功制备得到温度响应型聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）与锂藻土的纳米复合凝胶微球,并利用一种简单的微步进单轴压缩装置,分别在25℃和37℃下对具有不同锂藻土含量的PNIPAM/锂藻土纳米复合凝胶微球的弹性力学性能进行系统研究。该微步进单轴压缩装置主要包括三个部分：一个程控进样器用以实现对凝胶微球的微步进压缩,一套配有高分辨率数码相机的侧视光学系统用以记录凝胶微球受压时发生的形变,一台精密电子天平作为力传感器用来记录凝胶微球在特定形变下所受的外力。研究结果表明,纳米复合凝胶微球在25℃和37℃下的形变量H与所受压力F的实验数据与Hertz弹性接触理论方程呈现良好的拟合关系,证明了PNIPAM/锂藻土纳米复合凝胶微球在25℃和37℃下均具有弹性形变行为。同时,随着锂藻土含量的增加,PNIPAM/锂藻土纳米复合凝胶微球的温敏性降低,但其杨氏模量增大。具有相同锂藻土含量的纳米复合凝胶微球,由于温度升高凝胶体积收缩、凝胶结构变得致密,因此在37℃下的杨氏模量大于其在25℃下的杨氏模量。研究结果可为PNIPAM/锂藻土纳米复合凝胶微球的设计与实际应用提供指导。     

制样方法对IF钢纳米压入测试结果的影响

 对3种不同方法制备的IF钢试样进行了纳米压入表征,分析了制样方法对IF钢中铁素体纳米压入测试结果的影响。结果表明,制样方法对铁素体杨氏模量平均值影响不大,但对硬度平均值影响显著,机械抛光和机械抛光+化学侵蚀状态铁素体的硬度均高于机械抛光+电解抛光状态的铁素体。这主要是因为机械抛光对试样表面造成了明显的加工硬化层,而化学侵蚀处理不能完全去除硬化层,只有电解抛光才能起到有效消除硬化层的作用。机械抛光+电解抛光处理更有利于IF钢的纳米压入表征。     

原子力显微镜微悬臂梁杨氏模量动态测试方法

原子力显微镜微悬臂梁是微纳米领域重要的微力传感器,而微悬臂梁的杨氏模量又是决定其力学性能的重要参数.由于微悬臂梁的尺寸处于微米级,有些特征尺寸甚至达到纳米级,常规的测试结构材料特性的检测方法已经难以满足需求,急需研究新的测试方法和装置对微悬臂梁的机械特性进行研究和分析.本文提出了一种基于微悬臂梁振动固有频率测试的杨氏模量测试方法.使用本方法时,首先建立待测微悬臂梁在空气中的振动模型,并使用数值仿真的方法计算结构尺寸相同但杨氏模量不同的各种微悬臂梁在空气中的振动固有频率,然后实际测量微悬臂梁的振动固有频率,和实验结果最接近的仿真结果所对应的杨氏模量参数就是待测微悬臂梁的杨氏模量.本文最后对Mikromaseh公司生产的NSC型探针的杨氏模量进行了测试,实验结果证实了本文提出的方法的正确性.     

等离子工艺热障涂层的热疲劳分析

热障涂层作为先进的热防护技术,在航空发动机热端部件上有重要的应用,它与先进气膜冷却技术、先进单晶合金材料技术并称为航空发动机涡轮叶片三大关键技术。为了保证发动机安全可靠地工作,研究并测试热障涂层的力学参数和热疲劳特性是其工程应用的前提与基础。本文以等离子喷涂工艺制备的热障涂层为研究对象,利用共振原理和复合梁理论,获得了热障涂层表层一陶瓷层从常温到1150℃高温条件下的杨氏模量。同时,鉴于热障涂层的热疲劳失效模式为剥落,着重对热障涂层的热疲劳特性进行研究。以带热障涂层的圆管试样为模拟件进行了热疲劳试验,试验载荷选择50℃／1050℃的梯形波。利用所测试的材料参数和有限元方法进行了热变形分析,提取了热疲劳寿命控制参量,对模拟试样的热疲劳寿命进行了预测,结果显示,预测结果较为精确。