变系数位势问题的Trefftz有限元法

根据杂交泛函,将变系数位势问题在单元水平上转化为正交各向异性位势问题,近似认为材料性质在每个单元内保持不变,从而提出了基于完备解的Trefftz有限元模型.数值算例表明,所得结果与解析解相当吻合.     

某CT/1250型缝焊机焊接小车的优化设计

建立了某CT/1250型缝焊机C型焊接小车的有限元模型,基于ANSYS Workbench软件首先在多工况静力学分析基础上进行拓扑优化分析,然后对优化改进后的模型相关结构参数进行敏感性分析,最后以模型质量最小为目标,以最大形变位移小于1mm为约束条件,对结构参数进行优化设计。结果表明,通过拓扑优化及参数优化,原模型总质量、最大形变位移、最大等效应力分别减小了10.7%、51.8%、68.1%。从而消除了原模型因刚度不足引起焊缝质量下降及原模型加工下料较困难的问题,同时降低了制造成本。这里为同类型产品的结构设计提供了有价值的参考。     

地下各种压力之间关系式的修正

目前在钻井工程中普遍采用的地下各种压力之间的关系式是不严格的，研究把岩石视为多孔介质，从多孔介质的角度出发，重新建立上覆岩层压力，孔隙流体压力、基岩应力之间的关系式，该式包含了岩石作为多孔介质的一个重要参数孔隙度Φ。     

反九点注采井网油井见水时间解析公式

以渗流力学理论为基础,推导给出了均匀各向同性储层反九点方式注采井网见水时间的解析公式,并对其进行了油田实例的验证.然后针对人工压裂储层对以上公式进行了修正,并应用于低渗透油田人工裂缝的诊断.油田实例分析表明计算结果与大地电位法裂缝监测及井间示踪剂测试结果吻合较好,为油田开发中预测见水时间这一指标提供了一种重要手段,同时亦可用于反算人工压裂井裂缝半长等重要参数,从而合理控制压裂规模,指导压裂设计.     

重复压裂造缝机理研究

从岩石破坏基本机制入手,研究重复压裂造缝机理。通过分析目的井层天然裂缝分布特征、地应力场和岩石力学特征以及射孔完井工艺、开采因素、压裂工艺等对于重复压裂造缝的影响,给出了具有天然裂缝低渗透储层重复压裂造新缝的理论判据。以安塞油田王窑区块为例,进行了具体实例分析。结果表明,裂缝转向并不等同于地应力场转向,即便地应力场不发生变化,也可通过采取其他合适的压裂措施或工艺来实现裂缝转向。     

射孔完井条件下地层破裂压力修正公式

在重新考察垂直井射孔完井条件下孔眼的应力状态后,利用替代方法给出了某一射孔深度处的孔眼壁面出现破裂所需要注入压力的计算公式.但分析公式,发现人工裂缝将会在射孔根部位置出现,于是给出了相应的地层破裂压力计算修正公式.研究结果袁明,计算修正公式与原公式对比,更能反映射孔完井条件下地层的应力状态和实际情况,可供油田的钻井和压裂设计作参考.     

含内热源管内填充多孔介质的强迫对流传热解析解

基于非局部热平衡假设,研究了管内填充多孔介质的强迫对流传热问题.在附于多孔介质圆柱的外表面施加恒定热流,采用Darcy动量方程描述多孔介质内流体的流动.为考虑工程实际中可能的物理或化学发热源,将多孔介质液相和固相内热源引入传热模型中,获得了液相和固相温度分布的解析解,同时推导了表征传热性能的Nusselt数显式表达式.计算结果表明:计算解析解与文献[10]推导的解析解吻合良好,固相内热源强度愈高,液相和固相温差愈大,Nusselt数愈小,传热性能愈差.此外,还解释了管壁处液相和固相温度梯度出现分岔的原因.     

锂离子电池隔膜在压缩过程中的流固耦合效应

隔膜作为锂离子电池的重要组成部分,其对电池性能的影响至关重要.外载、锂离子嵌入/脱出和温度等影响导致电池组件产生应变并压缩较软的隔膜变形.多孔介质隔膜在受到压缩时的响应是由聚合物隔膜骨架的黏弹性和孔隙内部的电解液引发的孔隙弹性共同作用.为深入探讨隔膜在压缩过程中的孔隙弹性现象,本文建立了能够描述隔膜在不同应变率压缩下流固耦合效应的轴对称数学模型,模型同时引入了孔隙度和渗透率的动态特性,并利用数值模拟软件进行求解.该模型数值结果较文献中数值结果更接近实验数据.通过对隔膜内部孔隙压力、孔隙度和渗透率的研究,发现隔膜孔隙弹性效应会导致隔膜内部孔隙度和渗透率的分布不均.同时还利用该模型对隔膜的渗透率、几何尺寸、杨氏模量、泊松比、液体体积模量以及黏度开展了参数分析,探究了其对隔膜压缩过程中的孔隙弹性效应的影响.研究结果有助于深入认识锂离子电池隔膜孔隙弹性力学行为,同时还可为隔膜材料和几何参数的优化提供理论依据.     

基于LTNE的二维饱和多孔介质平板热流固完全耦合数值分析

针对目前多孔介质热流固耦合数学模型多为不完全耦合模型,且物理模型多为一维或一维轴对称模型的现状,对二维饱和多孔介质平板热流固完全耦合问题进行数学建模和数值分析. 采用强耦合方式实现热流固3个物理场的完全耦合. 在平板左侧施加30 ℃流体和固体温度边界条件及固定位移边界条件,平板其他边界温度场和位移场假设为自然边界条件,平板四周加载0 Pa的孔隙压力边界条件. 利用COMSOL Multiphysics有限元分析软件的偏微分方程（PDEs）模式实现上述完全耦合模型的求解,得到渗流场、应变场以及双温度场的数值解. 数值结果表明,随时间增加,流体和固体温度、应变及孔隙压力沿x轴方向传递,同时发现x轴方向应变远大于y轴方向应变. 此外,随时间增加,y轴方向应变和孔隙压力最大值逐渐减小. 研究建立的数学模型和数值解有助于深入认识二维饱和多孔介质热流固完全耦合力学行为.     

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文章详细地讨论了诸因素对煤层渗透率的影响，指出在常规情况下，有效应力、基质收缩等在煤层绝对渗透率诸影响因素中占据主导地位；并在以上分析的基础之上，提出了煤层气勘探开发的施工工艺中应该尽量避免渗透率的损失，或者尽量采用强化措施，对煤层进行改造，以提高渗透率，从而提高其开发能力。同时也指出了应加强对煤层孔隙率、渗透率的测定方法的研究以及煤层割理、孔隙发育机理的研究，为储层评价提供更为充分的依据。