冲击载荷下孔隙岩石能量耗散的实验研究

利用分离式Hopkinson压杆装置(SHPB)进行了不同孔隙率人造岩石的冲击实验,分析了岩石冲击过程中能量耗散特性,探讨了孔隙率对岩石能量耗散的影响及岩石临界破坏时能量耗散情况。实验结果表明,冲击载荷作用下孔隙率对岩石能量耗散起着重要作用。在相同的冲击速度下,随着孔隙率的增加,岩石耗散的能量增加;岩石临界破坏所耗散的能量随着孔隙率的增加而减小。岩石能量耗散在一定程度上反映了岩石内部的损伤破坏情况。     

浅谈漏失井固井施工安全——塑性水泥体系的应用

漏失井的固井施工，必须先堵漏成功才可进行固井作业，即使堵漏成功，固井期间重新压漏地层的风险也增大很多。因此在固井时使用塑性水泥体系，降低井漏风险，水泥缓高达到设计要求，有效预防溢油和井喷等恶性事故。     

多扇区水泥胶结固井技术在克拉玛依油田的应用

多扇区水泥胶结测井技术是目前评价固井质量非常有效的技术，能检测水泥胶结质量以及探测固井水泥中存在的孔穴孔道。该仪器一次入井能测量多个扇区套管水泥分布图、3ft声幅曲线、5ft声波变密度图。不受重泥浆、油基泥浆、井内套管壁厚的影响。能评价第一界面存在的窜槽通道，孔道的位置，通过胶结成像图能判断出孔道大小及分布，在新疆的沙北油田和陆东油田的应用中取得了良好的效果。     

层状复合结构的应力波传播规律及能量耗散机制研究

为研究层状复合结构的应力波特性和能量耗散机制,设计了碳化硅陶瓷/超高分子量聚乙烯/钛合金(SiC/UHMWPE/TC4)和SiC/TC4/UHMWPE两种复合结构,并进行了SHPB(split-Hopkinson pressure bar)试验和数值模拟。基于金属丝缠绕材料(entangled metallic wire material, EMWM)出色的能量耗散性能,设计了SiC/UHMWPE/EMWM/TC4和SiC/TC4/EMWM/UHMWPE复合结构,并进行了SHPB试验。结果表明,复合结构中的EMWM对应力波的透射传播具有延迟和阻碍效应。EMWM复合结构主要通过反射大部分入射能量来耗散冲击能量,相比于其他复合结构主要通过SiC的破坏来耗散冲击能量相比,EMWM复合结构的能量耗散机制更合理,抗冲击性能更好。UHMWPE置于SiC的背部可以充分发挥UHMWPE和EMWM的缓冲性能,减小SiC的损伤。而TC4置于SiC的背部会加剧SiC的损伤。     

冲击能量对ESSO试验结果的影响

对90mm厚EH47船用钢板进行了不同冲击能量下的梯度温度型ESSO试验以分析冲击能量对试验结果的影响.结果表明,采用下限冲击能量测得的-10℃止裂韧性值与双重拉伸试验所测值基本一致,但根据WES:2815-2014规范确定的上限冲击能量测得的止裂韧性值明显低于前两者测得的结果,建议后续在ESSO试验中针对90mm厚钢板选用冲击能量下限值进行试验.     

反复低速冲击下短纤维复合材料的能量耗散与损伤演变

运用热力学理论和最小耗能原理,研究了反复低速冲击下短纤维复合材料的能量耗散与损伤演变,给出了冲击循环下材料耗散能表达式,建立了与复合材料割线模量降低率相关的损伤变量表达式和损伤演变方程。同时,以试验数据为基础,利用导出的损伤变量表达式,绘制出了反复低速冲击下短纤维复合材料的损伤演变曲线,并对曲线趋势进行了分析。     

冲击荷载作用下岩土材料能量耗散的有限元分析

当海上平台落物或商船抛锚会对海底管线造成一定的损害。通常的防护措施是管线的上部覆盖一层岩土材料,耗散部分落物冲击。运用非线性有限元程序Ls-DYNA/ANSYS对岩土材料耗散冲击物产生的能量的能力进行了数值模拟。对于碎石层的计算结果与挪威海洋工程规范中依据实验得到的结果一致,验证了该程序用于研究材料层能量消散能力方面的适用性。由于缺乏与粘土相关的研究,该文采用Ls-DYNA/ANSYS程序对粘土材料层消散能量能力进行了分析计算,成果可供海底管线保护设计的参考。     

固井防窜用智能膨胀材料基本性能研究

制备了智能膨胀材料RT-1和RT-2,对比了其与高吸油性树脂(GS)和吸油性橡胶(GX)的吸油率、吸油速率以及体积膨胀倍数,并对其热稳定性以及相应的水泥浆工程性能进行了研究.结果表明:智能膨胀材料RT-2的综合性能较好,对煤油的饱和吸油率为10.8g/g、吸油速率为1.1g/(g·h)、体积膨胀倍数为11.4、热分解温...     

基于纤维解离水曲柳压缩解离特征与能量耗散机制研究

目的 以水曲柳为研究对象,研究高应变率压缩载荷作用下水曲柳试件的解离特征和能量耗散机制。方法 利用压缩加载试验分析应变率、加载方向对受载水曲柳的形态特征影响和动力学特性,并利用弹塑性基本原理分析其受压解离的能量耗散机制。结果 解离后径向加载试件主要呈火柴棍状,弦向加载试件主要呈片状,轴向加载试件主要呈不规则块状,试件的解离程度随应变率的增大而增大;当应变率在400~1 000 s⁻¹时,水曲柳试件的应力-应变曲线由弹性阶段和屈服后弱线性强化阶段两部分组成;水曲柳试件的屈服强度随应变率的增大而增大,当应变率从400 s⁻¹增加到1 000 s⁻¹时,径向、弦向和轴向加载试件的屈服强度分别增加了0.45倍、1.34倍和0.71倍;木材原料沿径、弦向解离时主要依靠木材细胞的压缩变形来耗散能量,沿轴向解离时主要依靠木材细胞纵向结构的弯曲来耗散能量。结论 弦向最易解离,轴向最难解离;水曲柳是一种应变率敏感材料;木材原料径、弦向解离主要依靠压缩变形来耗散能量,轴向解离主要依靠弯曲变形来耗散能量,木材原料解离能够耗散能量的多少主要受加载方向、木材细胞的结构尺寸和力学性能的影响。     

桩海104井小间隙固井技术的应用

国内外石油界公认,套管固井水泥环厚度不得小于19．05mm,否则水泥环强度过低,影响今后石油开采作业以及多种不利后果产生。由于地层存在多压力体系原因,不得不使用多层套管结构来实现钻探目的,因而出现了非常规套管结构,套管重叠段也出现了非常规的小间隙。小间隙的出现不但不利于封崮质量,而且加大了固井难度。这就为我们提出了如何运用小间隙固井技术提高固井质量的新问题。     

SHPB劈裂试验下橡胶水泥砂浆的动态力学、能量特性及破坏机理试验研究

基于静载巴西劈裂原理,开展了橡胶水泥砂浆的分离式霍普金森压杆(SHPB)劈裂试验,对其动态力学、能量特性及破坏机理进行了研究.根据损伤力学,从强度和能量的角度分析了橡胶掺量、养护湿度和冲击荷载对水泥砂浆动态劈裂损伤的影响,并探讨了三种损伤因素下的六种损伤路径.结合圆盘试件的破坏模式,建立了冲击劈裂简化平面理想受力模型,分析了破裂方式-Ⅰ和破裂方式-Ⅱ两种截然不同的动态劈裂方式,并初步探讨了破裂方式-Ⅱ下圆盘试样的破坏机理.结果表明,掺入橡胶颗粒和降低养护湿度均降低了水泥砂浆的动态劈裂拉伸强度;普通水泥砂浆和橡胶水泥砂浆有着相同的应力率和应变率演化趋势;掺入橡胶颗粒和降低养护湿度均在一定程度上阻碍了能量在水泥砂浆圆盘试件中的传递;不同的单一损伤因素和复合损伤因素对水泥砂浆圆盘试样造成的动态劈裂损伤不同;在较大的冲击荷载下,圆盘试样会因"三角形压碎区"、"劈裂拉伸区"和"弯曲断裂区"的形成而被破坏.最后,从细观的角度分析讨论了界面过渡区(ITZ)对SHPB劈裂下橡胶水泥砂浆强度和抗冲击性能的影响.     

岩石劈裂拉伸试验的能量耗散分析

利用直径50 mm的霍普金森试验装置,对长径比为0.5的三种岩石进行动态平台巴西圆盘劈裂拉伸试验,分析了岩石试件在动态加载过程中能量的应变率效应、能量耗散特征和破坏形态。结果表明:反射能与入射能比值大于50%,透射能与入射能比值在10%以内,试件耗散能与入射能比值在10%~45%,因此,试件端部粉碎三角区的面积大小存在差异;在进行冲击试验过程中为提高岩石试件破碎的能量利用率,需尽量避开应变率200~300 s-1范围;岩石的抗拉强度、弹性模量、应力峰值的对数与能量耗散的对数具有显著线性关系。     

Mechanisms of Energy Dissipation in the Process of Impact Testing of Carbon-Filled Plastics Based on Phenylone

We present the results of impact testing of carbon-filled plastics based on phenylone. It is shown that, in carbon-filled plastics based on phenylone, the role of dissipators of impact energy is played by porously packed regions of the three-dimensional polymeric matrix and the interphase regions. It is demonstrated that the impact energy dissipates according to the following two mechanisms: molecular mobility typical of rubbers and the mechanism of shear typical of glass-like polymers. __________ Translated from Fizyko-Khimichna Mekhanika Materialiv, Vol. 41, No. 3, pp. 61–65, May–June, 2005.     

Materials Sliding Wear Model Based on Energy Dissipation

A mathematical model is developed to correlate the volumetric wear of materials with the dissipation energy in sliding contacts. In the analysis, the wear of contacting materials originating from the energy loss due to friction process in the contact is studied. Two mechanisms responsible for energy loss at contact are considered. The first is the amount of energy spent to import plastic deformation and the second is the elastic energy of the particulate. The energy loss due to elastic and plastic deformation is calculated. The statistical loss of energy is calculated for two rough surfaces by the assumption that there is negligible change in the statistical parameters of the surface during wear. The model can be useful to predict the service lifetime of components and eventually structures. The results showed that the amount of dissipated energy and the volumetric loss increased with increasing normal load. Also, changing the normal load changed the rate of energy dissipation per unit sliding distance.     

铁氧体水泥基复合材料的电磁特性研究

材料电磁特性的研究对调整和优化材料电磁参数从而达到良好吸收起着至关重要的作用.采用XRD和IR分析了铁氧体与水泥基之间的相互作用,讨论了铁氧体掺量、粒径大小对复合材料电磁参数、反射率的影响,并运用电磁媒质混合定则和传输线理论对其进行了评价.结果表明,铁氧体与水泥基体间存在相互作用,且此作用对材料的电磁参数有直接影响;粒径的变化有利于磁导率虚部的提高,但更显著的是对材料吸收频段的移动作用;铁氧体水泥基复合体系并不完全服从电磁媒质混合理论,微扰理论在该体系内并不适用.     

Illuminating Origins of Impact Energy Dissipation in Mechanical Metamaterials

Elastomeric mechanical metamaterials have revealed striking ability to attenuate shock loads at the macroscopic level. Reports suggest that this capability is associated with the reversible elastic buckling of internal beam constituents observed in quasistatic characterizations. Yet, the presence of buckling members induces non‐affine response at the microscale, so that clear understanding of the exact energy dissipation mechanisms remains clouded. In this report, the authors examine a mechanical metamaterial that exhibits both micro‐ and macroscopic deformations under impact loads and devise an experimental method to visualize the resulting energy dissipation mechanisms. By illuminating the dynamic distribution of strain in the metamaterial, the authors uncover a rational way to program the macroscopic deformation and enhance impact mitigation properties. The results emphasize that mechanical metamaterials clearly integrate materials science and structural engineering, encouraging future interdisciplinary studies to capitalize on the opportunities.

     

组合耗能系统的振动台试验与分析

在一座三层单跨的钢结构模型中安装了金属耗能器及其和油阻尼器并联组合，对这两种耗能体系进行了振动台试验，以研究耗能体系的动力特性，检验其减振效果，试验结果表明：组合耗能体系对位移有良好的减振效果；在小震时，对结构加速度峰值的减振效果不太明显，在大震情况下，基本上都能减小结构加速度峰值；耗能器的刚度与阻尼之间存在匹配关系，最后进行了数值分析，并与试验结果进行了比较，验证了本文提出的计算模型与方法的正确性。     

基于LS-DYNA的冲击试验机碰撞分析

基于显示动力学和接触碰撞分析的基本理论,采用有限元方法建立冲击试验机的碰撞模型,对接触面的冲击载荷进行仿真分析。根据仿真结果得出冲击试验中各碰撞部件的运动与受力状况,以及冲击力对碰撞速度等参数的变化规律,为后续的接触面状态测试奠定基础。