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郑庄区块岩石力学特征对压裂的影响及开发对策
1
作者 张聪 赵立平 +6 位作者 杨瑞强 王琪 桑广杰 李可心 王玉婷 贾慧敏 李俊 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第3期315-327,共13页
煤储层岩石力学特征对天然裂缝的形成演化及人工裂缝的扩展规律具有重要控制作用,是影响煤储层压裂改造的关键因素。为明确郑庄区块岩石力学特征和压裂裂缝发育规律,实现煤储层高效改造和开发,利用阵列声波测井资料建立纵横波转换模型,... 煤储层岩石力学特征对天然裂缝的形成演化及人工裂缝的扩展规律具有重要控制作用,是影响煤储层压裂改造的关键因素。为明确郑庄区块岩石力学特征和压裂裂缝发育规律,实现煤储层高效改造和开发,利用阵列声波测井资料建立纵横波转换模型,基于岩石力学参数试验和测井计算建立动静态岩石力学参数转换模型,利用声波时差、密度等常规测井数据,计算得到郑庄区块岩石力学参数分布规律。在此基础上,利用FrSmart压裂模拟软件建立郑庄区块不同井区水平井的地质力学模型,开展压裂模拟探究岩石力学参数和压裂规模对压裂裂缝形态的影响,并针对不同井区提出差异化开发对策。结果表明:郑庄区块静态弹性模量在0.28~1.45 GPa,平均为0.95 GPa,静态泊松比为0.31~0.34,平均为0.32,整体呈不均匀分布。随着煤储层弹性模量的不断增大和泊松比的减小,压裂缝长和单缝宽均有逐渐减小的趋势。压裂缝长和单缝宽与压裂规模有正相关关系,增加压裂液量和砂量可以有效增加压裂缝长和单缝宽,提高裂缝体积。增大施工排量,压裂缝长、单缝宽、裂缝体积均大幅度增加。在郑庄区块北部开展大规模大排量压裂先导试验,裂缝监测结果显示:平均压裂缝长超400 m,缝宽在40 m以上,平均单段储层改造体积170×10^(4) m^(3),改造效果较以往提升580%。在后续开发过程中,郑庄区块北部井区建议采用大规模大排量压裂,最佳井距为320 m;中北部井区建议采用中等压裂规模进行改造,最佳井距为300 m;西南部井区建议采用中等规模压裂,最佳井距为260 m。 展开更多
关键词 沁水盆地 郑庄区块 岩石力学参数 动静态转换模型 压裂模拟
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动载下含内部裂隙类岩体力学响应与能量耗散规律
2
作者 蒋力帅 杨一鸣 +3 位作者 赵阳 李皓哲 吴琦 彭晓涵 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期137-150,共14页
深部巷道围岩中煤、泥岩、砂岩等常见岩石强度较低、裂隙发育,在深部复杂力学环境下易发生动力灾害,研究内部裂隙特征对岩体的动力学响应及能量耗散规律对明晰动力灾害的发生具有重要意义。为研究内部裂隙倾角、裂隙分布对类岩体动态力... 深部巷道围岩中煤、泥岩、砂岩等常见岩石强度较低、裂隙发育,在深部复杂力学环境下易发生动力灾害,研究内部裂隙特征对岩体的动力学响应及能量耗散规律对明晰动力灾害的发生具有重要意义。为研究内部裂隙倾角、裂隙分布对类岩体动态力学响应与能量耗散规律的影响,通过砂型3D打印制备含内部裂隙的类岩体试样,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)对试样进行动态压缩试验,使用高速摄像机观察裂纹发育情况,并结合能量耗散原理和分形理论分析其动力破坏特性。研究结果表明:随着内部裂隙倾角角度增加,类岩体试样动态峰值应力和动态弹性模量先减小后增大,均在30°时最低;随着裂隙数量的增多,垂直分布裂隙对试样的动态峰值应力影响大于水平分布裂隙;试样破坏的能量耗散随裂隙倾角角度增加呈现先减小后增加的规律,裂隙倾角较小时,松散充填物的存在会加剧应力波衰减,使能量耗散增加,随裂隙倾角增加,充填物对试样的能量耗散影响逐渐减小;相同裂隙倾角下,随裂隙数量的增加,垂直分布裂隙试样能量耗散小于水平分布裂隙,与试样动态峰值应力呈正相关;随着裂隙倾角的增大,试样的分形维数先增加后减小,30°裂隙倾角时试样的破碎程度最大,试样的分形维数最大;裂隙数量的增多使试样破碎块度逐渐均匀,试样的分形维数呈现增大趋势。研究结果揭示了内部裂隙对岩体动力学特性及能量耗散的影响规律,为采用砂型3D打印技术开展复杂内部裂隙岩体动力学试验提供了重要基础,对进一步了解实际工程中深部软岩巷道围岩破裂失稳机理具有重要意义。 展开更多
关键词 动力荷载 砂型3D打印 内部裂隙 动态力学特性 能量耗散 分形维数
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不同低温与加载速率下冻结饱和砂岩Ⅱ型动态断裂特性
3
作者 赵涛 崔朝 +1 位作者 贾海梁 杨光宇 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第4期191-202,共12页
【背景】研究动力扰动下冻结饱和砂岩Ⅱ型断裂,包括临界应力强度因子(断裂韧度)变化特征以及能量耗散机制,对煤矿冻结井筒安全钻爆掘砌至关重要。【方法】利用分离式霍普金森压杆装置,在不同温度和不同加载速率下进行一系列动态SCC试验... 【背景】研究动力扰动下冻结饱和砂岩Ⅱ型断裂,包括临界应力强度因子(断裂韧度)变化特征以及能量耗散机制,对煤矿冻结井筒安全钻爆掘砌至关重要。【方法】利用分离式霍普金森压杆装置,在不同温度和不同加载速率下进行一系列动态SCC试验,分析了冻结饱和砂岩应力强度因子-时间曲线、断裂韧度和能量耗散机制随温度和加载速率的演化规律。总结宏观与微观层面上砂岩剪切断裂面特征,并利用核磁手段揭示了冻结效应的微观影响机制。此外,基于有限元模拟,进一步分析了断裂特性的加载速率效应。【结果和结论】结果表明:(1)随温度下降,冻结饱和砂岩断裂过程中岩石断裂韧度增大,相应地砂岩吸收的能量增加,能量利用率呈现一定的增长趋势。随加载速率增加,砂岩断裂韧度呈线性增加,岩石断裂吸收的能量也呈现增加趋势,而能量利用率呈现减小的趋势。(2)试件剪切面存在2种不同的断裂模式:“阶梯状”剪切滑移和“断口状”剪切滑移。(3)依据核磁数据总结了孔隙水冻结的3个阶段:过冷阶段,此阶段未冻水含量不变;快速冻结阶段,此阶段自由水与毛细水基本相变,大部分结合水冻结,断裂韧度迅速增加;缓慢冻结阶段,此阶段少部分结合水冻结,断裂韧度缓慢提升。(4)模拟应变-时间曲线与试验应变-时间较为吻合,表明模拟结果合理可靠,经模拟发现岩桥上出现明显的应力集中现象,并且随加载速率的增加剪应力呈现增加趋势,砂岩的断裂韧度与断裂吸收能均存在加载速率强化机制。研究成果对西部富水软岩地层冻结井筒的钻爆掘砌具有指导作用。 展开更多
关键词 Ⅱ型动态断裂 冻结饱和砂岩 断裂韧度 能量耗散 低温强化机制 加载速率
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二氧化碳相变爆破致裂机理与应用研究进展 被引量：9
4
作者 袁永 陈忠顺 +4 位作者 梁小康 申海生 左磊 孟朝贵 王圣志 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期63-78,共16页
煤岩体结构改造是解决煤矿许多技术难题的共性核心科学问题,二氧化碳相变爆破因其安全可控、能量易调节等优点成为煤岩体致裂的有效手段之一。为确定二氧化碳相变爆破致裂机理,扩展相变爆破致裂工程应用,分析了二氧化碳相变爆破原理和... 煤岩体结构改造是解决煤矿许多技术难题的共性核心科学问题,二氧化碳相变爆破因其安全可控、能量易调节等优点成为煤岩体致裂的有效手段之一。为确定二氧化碳相变爆破致裂机理,扩展相变爆破致裂工程应用,分析了二氧化碳相变爆破原理和致裂器材与装备,统计比较不同方式相变爆破能量计算方式,相较于传统炸药爆破,相变爆破属于一种低能量致裂方式;通过分析二氧化碳相变射流传播特征,探究相变爆破中等应力起裂和高压气体协同作用方式,煤岩体在中等冲击作用下,受到拉应力破坏产生径向初始断裂,并在冲击波和卸载波综合作用下形成多重起裂特征,高压气体在多重裂隙中进一步扩展,驱动裂隙向外扩展,明确了相变爆破应力气体协同致裂过程;进一步研究了泄能方向、煤岩体性质、爆破参数、初始地应力、钻孔布置参数和钻孔切槽特性等因素对相变爆破致裂效果的影响,泄能方向对煤岩体破坏起到直接作用,引发非对称损伤破坏,煤岩体抗压强度和致裂孔间距是影响致裂效果的关键因素,初始地应力、钻孔布置参数和钻孔切槽特性等影响裂纹发育扩展特征;在相变爆破致裂工程应用方面,揭示了相变爆破多重裂隙渗流特征,确定了高瓦斯煤层致裂增透效果,对比了预裂前后煤体截割特征,验证了预裂提升块煤率可行性,并探究了相变爆破预裂顶板垮落特性。针对相变爆破致裂应从多速率冲击破碎、损伤破坏多尺度分析、致裂过程多物理场耦合及延时相变爆破技术等方向进一步扩展研究,拓宽二氧化碳相变爆破应用场景。 展开更多
关键词 相变爆破 动态冲击 致裂机理 裂隙分布 爆破因素
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致密储层压驱焖井阶段渗吸机理分子模拟研究 被引量：7
5
作者 王凤娇 孟详昊 +2 位作者 刘义坤 徐贺 胡超洋 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1624-1634,共11页
针对致密储层开发中存在的天然地层能量衰减快、驱替相有效波及体积不足等难题,考虑将压驱与焖井相结合的高效开发技术应用于致密储层.基于分子动力学方法从微观作用力角度分析致密储层压驱渗吸机理,进行致密储层压驱过程溶质动态迁移表... 针对致密储层开发中存在的天然地层能量衰减快、驱替相有效波及体积不足等难题,考虑将压驱与焖井相结合的高效开发技术应用于致密储层.基于分子动力学方法从微观作用力角度分析致密储层压驱渗吸机理,进行致密储层压驱过程溶质动态迁移表征,并从分子尺度对渗吸阶段进行划分.采用分子模拟方法,构建致密储层壁面-油相-驱替相三相体系,分别从体系弛豫特征、浓度分布及扩散能力和介质间相互作用能等方面分析常规水力压裂后常压驱替条件和压驱高压条件渗吸过程特征性差异,从分子尺度阐释致密储层压驱渗吸机理.研究表明:相对于常规压裂后驱替而言,压驱条件下,驱替相分子扩散系数提高20.06%,与孔隙壁面的相互作用能提高2.3倍;驱替相分子吸附层数增加,油相解吸效果更为明显,渗吸换油效率提高38.73%.此外,渗吸效率随储层温度变化的过程存在峰值,具有先上升后降低的特征;且受到壁面润湿性的影响,壁面亲水性越强渗吸效率越高.从分子尺度将焖井渗吸过程划分为3个阶段:水分子优先靠近壁面;驱替相流体与油相分子竞争吸附,将吸附态油相剥离为游离态,使其远离壁面;压驱液溶质分子进入初始油相范围,进一步置换油相,提高渗吸效率.压驱技术高压注入压驱剂可快速补充地层能量,扩大驱替相流体波及体积并提高洗油效率,在二者的协同作用下可大幅度提高渗吸驱油效率.该项研究可为致密储层高效开发提供理论参考. 展开更多
关键词 致密储层 压驱技术 焖井 渗吸机理 分子动力学
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深部岩石动力学SHPB实验研究进展 被引量：1
6
作者 夏开文 姚伟 +1 位作者 付岩 吴帮标 《工程爆破》 CSCD 北大核心 2024年第5期29-44,共16页
深地岩石工程中,岩石处在高地应力、高温、高孔隙压力赋存状态以及动态扰动作用下,其稳定性被显著劣化,严重危害工程安全。近年来,研究人员在考虑原位应力和孔隙压力(差)的深部岩石动力实验方面取得了很大进展,因此有必要系统地回顾和... 深地岩石工程中,岩石处在高地应力、高温、高孔隙压力赋存状态以及动态扰动作用下,其稳定性被显著劣化,严重危害工程安全。近年来,研究人员在考虑原位应力和孔隙压力(差)的深部岩石动力实验方面取得了很大进展,因此有必要系统地回顾和总结这一领域的新进展。介绍了分离式霍普金森压杆(SHPB)的发展简史以及深部岩石动态实验的概况,包括实验装置、方法和结果的新进展。全面介绍了三轴围压SHPB系统与流固耦合SHPB系统的原理,以及相关的前沿应用和实验结果,包括多种应力状态和流固耦合条件下岩石动态强度和断裂韧度的实验方法和结果,总结了不同原位条件下深部岩石的动态破断机理与特征,相应成果为深部岩石工程的发展提供了重要的理论基础。 展开更多
关键词 深部岩石动力学 SHPB实验 三轴围压 流固耦合 动态强度 动态断裂韧度
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深埋安山岩动态力学特性及破碎特征 被引量：1
7
作者 赵泽虎 李祥龙 +2 位作者 乔登攀 胡启文 王建国 《采矿与岩层控制工程学报》 EI 北大核心 2024年第4期167-178,共12页
随着开采深度的增加,岩石力学参数随之发生改变,支护方式也应随之适时调整。为准确掌握基建矿山的岩石动态力学性能,以Jama铜矿的主要围岩安山岩为研究对象,开展了不同加载速度下的常规单轴霍普金森压杆(SHPB)试验,得到了安山岩的动态... 随着开采深度的增加,岩石力学参数随之发生改变,支护方式也应随之适时调整。为准确掌握基建矿山的岩石动态力学性能,以Jama铜矿的主要围岩安山岩为研究对象,开展了不同加载速度下的常规单轴霍普金森压杆(SHPB)试验,得到了安山岩的动态力学参数及破坏特征,并基于断裂力学理论,构建了考虑应变率的平均块度预测模型,并对冲击破碎后的碎块进行扫描电镜分析。试验结果表明:安山岩的动态压缩应力-应变曲线可分为4个阶段,压密阶段较静态曲线表现不明显。随应变率的提高,动态峰值强度及动态强度因子均呈线性增大趋势,单位体积吸能密度和质量破碎能耗均呈二次多项式规律的增长趋势;随新增比表面积的增大,吸能密度呈线性增大;预测模型理论值与试验值高度吻合;不同冲击速度下试件多以沿晶破坏为主,断口形貌较为复杂,相同放大倍数下随冲击载荷的增加,细观分形维数D_(e)呈线性正相关,可为后期自然崩落法底部结构爆破参数优化及工程应用提供一定的参考。 展开更多
关键词 安山岩 动态力学特性 分形维数 断口形貌 块度预测模型
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基于纳米划痕的熔石英玻璃去除机制与亚表面裂纹研究 被引量：1
8
作者 郭佳乐 伊浩 +2 位作者 朱力敏 孙玉利 左敦稳 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第16期151-158,共8页
目的研究熔石英玻璃在不同动态载荷作用下的材料去除机制和亚表面裂纹形成与扩展机理。方法对熔石英玻璃试样进行纳米划痕试验,分别从划痕轮廓、划痕力2个方面分析不同载荷下熔石英玻璃的力学行为,通过扫描电镜和光学显微镜观察划痕形貌... 目的研究熔石英玻璃在不同动态载荷作用下的材料去除机制和亚表面裂纹形成与扩展机理。方法对熔石英玻璃试样进行纳米划痕试验,分别从划痕轮廓、划痕力2个方面分析不同载荷下熔石英玻璃的力学行为,通过扫描电镜和光学显微镜观察划痕形貌,分析材料去除机制;采用逐层截面显微法对划痕截面的亚表面裂纹形貌进行观测,研究动态载荷下工件亚表面裂纹的形成与扩展机理。结果当动态载荷小于118mN时,材料发生塑性变形,亚表面未产生裂纹;当动态载荷大于118mN且小于245mN时,材料处于塑脆转变阶段,亚表面裂纹以动态载荷加载点为起点,向试样内部扩展形成赫兹锥形裂纹并伴有横向裂纹的存在;当动态载荷超过245mN时,材料进入完全脆性断裂阶段,亚表面裂纹不断扩展至表面导致材料破碎。结论随着动态载荷的不断增大,熔石英玻璃的材料去除经历了弹塑性变形、塑脆转变、脆性断裂3个阶段;亚表面裂纹受到动态载荷的影响,裂纹从载荷加载点形成,并沿着应力最大方向不断扩展,导致材料表面发生脆性断裂;熔石英玻璃的临界切深与其动态弹性模量成正比,与其流动应力成反比,动态冲击载荷使熔石英玻璃的临界切削深度下降,亚表面裂纹更易扩展,材料去除更快进入塑脆转变阶段。 展开更多
关键词 熔石英玻璃 材料去除 划痕轮廓 亚表面裂纹 动态载荷 断裂机制
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冲击荷载下夹层复合岩石能量演化及断裂特征研究 被引量：3
9
作者 刘小庆 宋佳辉 +3 位作者 张瑶瑶 孔维文 梅洪嘉 王雁冰 《爆破》 CSCD 北大核心 2024年第3期33-42,共10页
为研究冲击荷载下夹层复合岩石能量演化及断裂特征,选用砂岩、大理岩和花岗岩3种材料制成6组不同的夹层复合岩石试件,利用霍普金森压杆系统进行动态断裂冲击试验,研究不同复合岩石试件的裂纹扩展形态、应力波波形特征、裂纹尖端应力场... 为研究冲击荷载下夹层复合岩石能量演化及断裂特征,选用砂岩、大理岩和花岗岩3种材料制成6组不同的夹层复合岩石试件,利用霍普金森压杆系统进行动态断裂冲击试验,研究不同复合岩石试件的裂纹扩展形态、应力波波形特征、裂纹尖端应力场和能量损耗关系,同时结合DLSM模拟结果,分析动态断裂过程中的应力波传播规律以及动能演化过程。结果表明:高速相机拍摄的动态断裂过程与DLSM模拟裂纹扩展过程具有良好的拟合度;裂纹的产生情况取决于层理弱面的破坏情况,相同冲击条件下,仅层理弱面不同的试件,层理弱面强度越低,裂纹扩展的时间越短且越靠前,夹层材料硬度越小,用于裂纹扩展的能量越多;在相同入射能量条件下,硬度较大的试件作为冲击端材料时,试件的反射作用较强,反射能量较大,透射作用较弱,透射能量较小,试件的能量耗散较大;层理面对应力波传播具有明显的阻碍作用,产生的透射波在尖端积蓄能量直至切缝起裂,试件综合硬度增大后,透射波明显减弱,并且传播速度减缓。 展开更多
关键词 岩石力学 SHPB NSCB 夹层试件 动态断裂 能量演化
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层面位置对煤岩组合体动态破坏特性影响规律研究 被引量：2
10
作者 郑建伟 张修峰 +7 位作者 鞠文君 王存文 韩跃勇 李国营 陈洋 李海涛 郝晋伟 刘彪 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期97-105,共9页
【目的】层面位置对煤岩组合体动态破坏过程及力学特性具有重要影响作用,但影响规律尚不清晰。【方法】通过对含有3种层面位置的煤岩组合体(层面分别位于岩石部分上位、中位和下位)开展霍普金森冲击(split Hopkinson pressure bar,SHPB... 【目的】层面位置对煤岩组合体动态破坏过程及力学特性具有重要影响作用,但影响规律尚不清晰。【方法】通过对含有3种层面位置的煤岩组合体(层面分别位于岩石部分上位、中位和下位)开展霍普金森冲击(split Hopkinson pressure bar,SHPB)实验,分析了冲击载荷条件下煤岩组合体动态应力-应变、破坏过程、能量结构、碎块特征的演变规律。【结果和结论】结果表明:(1)煤岩组合体动态应力-应变过程可以分为近似线性阶段、非线性的动态应力-应变阶段、弹性模量降低阶段、宏观破裂阶段、应力波卸载阶段5个阶段。(2)随着层面由上向下布置,岩石部分的破坏程度逐渐增强,破坏过程逐渐剧烈,破坏后的碎块的均匀程度降低,而煤体部分的破坏程度则逐步降低,破碎后的块度逐渐增加。(3)层面的存在会降低煤岩组合体动态抗压强度,与无层面煤岩组合体(平均强度为79.487 MPa)相比,当层面位于上方时,组合体动态抗压强度(平均强度为73.724 MPa)降低7.25%;当层面位于中位时,组合体动态抗压强度(平均强度为61.798 MPa)降低22.26%;当层面位于下位时,组合体的动态抗压强度(平均强度为64.991 MPa)降低18.24%。(4)随着层面位置由上向下布置,能量结构发生变化,反射能占比降低,吸收能占比增加,透射能占比减小。本研究可以为超长孔水力压裂技术或地面压裂技术在大范围处理坚硬顶板工程开展过程中压裂位置的选择提供一定指导。 展开更多
关键词 层面位置 煤岩组合体 动态抗压强度 SHPB 能量结构 水力压裂
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动静组合加载下锚固裂隙岩体的止裂与吸能机理 被引量：1
11
作者 韩凤岩 余东峰 +2 位作者 陈瑜 黄林冲 徐志胜 《东南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1418-1424,共7页
为研究锚杆对深部含裂隙岩体的锚固止裂效应,进行了不同冲击气压下的动静组合加载试验.基于优化的锚杆界面力学模型,建立了新型有限差分法-离散元法(FDM-DEM)耦合数值分离式霍普金森杆系统及锚杆模型.对裂隙岩体和锚固裂隙岩体的力学特... 为研究锚杆对深部含裂隙岩体的锚固止裂效应,进行了不同冲击气压下的动静组合加载试验.基于优化的锚杆界面力学模型,建立了新型有限差分法-离散元法(FDM-DEM)耦合数值分离式霍普金森杆系统及锚杆模型.对裂隙岩体和锚固裂隙岩体的力学特性、能量耗散及破坏特征进行了研究,并从细观能量耗散角度阐述了锚杆在动荷载下对裂隙岩体的锚固机理.结果表明:裂隙岩体和锚固裂隙岩体的动态抗压强度随冲击气压的增大而增加,锚杆对裂隙岩体的锚固效应可提高动态抗压强度,减小裂隙岩体的冲击后破坏程度,锚固裂隙岩体能量吸收率变化规律趋同于完整岩体;从细观角度分析,锚杆加固使得裂隙岩体的摩擦滑移耗散能和破坏后碎块携带动能降低,整体吸收能量减少. 展开更多
关键词 动静组合加载 裂隙岩石 力学特性 锚固机理 有限差分法-离散元法(FDM-DEM)耦合
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电磁加载膨胀环试验技术的发展及应用
12
作者 刘宗兴 张春阳 +3 位作者 曹苗 陈斐颖 刘军 李玉龙 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2024年第4期639-668,共30页
电磁加载膨胀环试验技术是实现高应变率拉伸加载的重要手段,可实现应变率10^(4)s^(−1)量级的一维拉伸加载.洛伦兹力作为一种体力均匀施加于膨胀环试样,避免了面力加载的波传播效应,且环形试样结构的特点避免了传统狗骨形试样末端夹持效... 电磁加载膨胀环试验技术是实现高应变率拉伸加载的重要手段,可实现应变率10^(4)s^(−1)量级的一维拉伸加载.洛伦兹力作为一种体力均匀施加于膨胀环试样,避免了面力加载的波传播效应,且环形试样结构的特点避免了传统狗骨形试样末端夹持效应的影响,因此,电磁加载膨胀环试验技术被广泛应用于材料在高应变率下的拉伸力学行为研究.本文首先介绍了膨胀环试验技术的基本原理,回顾了膨胀环试验加载技术的发展历史以及应用于膨胀环试验的测试技术发展情况.然后对电磁加载膨胀环试验技术的应用进行了综述,梳理了该试验技术在材料动态力学性能、动态断(碎)裂行为、动态延性行为、高温绝热特性等方面的前沿研究进展.最后讨论了电磁加载膨胀环试验技术在固体力学领域的发展前景与方向.为从事材料动态力学行为试验技术领域的科研工作者提供较为系统的信息参考,同时为那些对电磁加载膨胀环试验技术感兴趣的青年科研人员提供本领域系统全面的知识. 展开更多
关键词 电磁加载 膨胀环 高应变率 拉伸力学行为 动态断(碎) 裂行为 动态延 性行为 高温绝热性能
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镍基高温合金不完全动态再结晶组织对力学性能的影响及断裂机制
13
作者 王淼 刘延辉 刘昭昭 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期217-221,共5页
本工作对热等静压态镍基高温合金FGH4096在变形温度为1 080℃、应变速率为3 s^(-1)的条件下进行等温变形,最大变形量为50%,进而研究高温变形过程中该合金组织演变规律,并选取具有典型形变组织的区域在700℃、0.001 s^(-1)条件下进行力... 本工作对热等静压态镍基高温合金FGH4096在变形温度为1 080℃、应变速率为3 s^(-1)的条件下进行等温变形,最大变形量为50%,进而研究高温变形过程中该合金组织演变规律,并选取具有典型形变组织的区域在700℃、0.001 s^(-1)条件下进行力学性能测试。基于光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和电子背散射衍射技术(EBSD)对显微组织和断口的分析测试结果,发现热变形过程中产生的不完全动态再结晶组织从试样截面中心到边缘区域再结晶程度依次降低,中心部位抗拉强度可达到1 422.79 MPa,屈服强度为1 110.3 MPa,延伸率为10.15%。再结晶晶粒形核首先发生在晶界处,形核方式主要为晶界凸出形核。不完全动态再结晶组织中的变形晶粒内部存在亚晶界,对位错的运动起到阻碍作用,使得合金强度提高。合金断口形貌为韧窝状和撕裂棱的混合结构,断裂方式为穿晶断裂。 展开更多
关键词 FGH4096合金 不完全动态再结晶 力学性能 断口分析
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落锤冲击下冻结单裂隙砂岩力学及声发射特征试验研究 被引量：1
14
作者 贺馨瑶 常远 任富强 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第5期135-141,156,共8页
高原寒区矿山岩体受低温环境和动载扰动等影响会产生失稳现象。现有研究大多围绕裂隙砂岩在不同冻结温度下的静力学特性,考虑到工程开挖的影响,需要进一步研究冻结裂隙砂岩在动载作用下的力学及声发射特征。开展了冻结单裂隙砂岩的落锤... 高原寒区矿山岩体受低温环境和动载扰动等影响会产生失稳现象。现有研究大多围绕裂隙砂岩在不同冻结温度下的静力学特性,考虑到工程开挖的影响,需要进一步研究冻结裂隙砂岩在动载作用下的力学及声发射特征。开展了冻结单裂隙砂岩的落锤冲击试验,结合声发射监测技术分析了冻结单裂隙砂岩力学及声发射特征。试验结果表明:①裂隙倾角增加会引起应变时程曲线在应变峰值前回弹幅度增大,裂纹由裂隙两侧分布转变为裂隙上下两端分布;落锤下落高度增大后,应变时程曲线在应变峰值前出现明显双峰回弹,破坏明显加剧;冻结温度降低会使应变峰值出现时间提前,且应变峰值增大。②微裂纹扩展具有阶段性特征,在应变峰值处对应较强的微破裂活动并伴有剧烈的能量释放。③微破裂活动性随裂隙倾角增大呈先增后减趋势;落锤下落高度增大,微破裂活动剧烈程度阶段性递减;冻结温度降低使微破裂活动发生时间提前。④微裂纹主要以张拉裂纹为主,与宏观的破坏模式对应。⑤熵值急剧增加是砂岩破坏前兆,可作为砂岩动态失稳的预警指标。 展开更多
关键词 裂隙砂岩 冻结砂岩 落锤冲击 动态力学 声发射 熵值
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基于平台巴西劈裂试验下WC-Co硬质合金的动态响应与失效特性
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作者 张健 张清贵 辛红敏 《中国材料进展》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期259-264,共6页
为获取WC-Co硬质合金在动态拉伸加载下的力学性能和失效机制,设计了动态平台巴西劈裂试验。结果发现,WC-Co硬质合金具有典型的弹脆性特征,且断裂应变随着加载应变率的增加而略有增加。在一维应力波加载下,WC-Co硬质合金的动态抗拉强度... 为获取WC-Co硬质合金在动态拉伸加载下的力学性能和失效机制,设计了动态平台巴西劈裂试验。结果发现,WC-Co硬质合金具有典型的弹脆性特征,且断裂应变随着加载应变率的增加而略有增加。在一维应力波加载下,WC-Co硬质合金的动态抗拉强度随应变率的增加而增加,表明其应变率效应具有明显的正相关性,该效应的产生机制与典型陶瓷类材料是一致的,即由I型裂纹的亚临界扩展决定。对回收破碎试样进行微观形貌观察,发现平台圆盘中间位置处微观断裂模式主要为沿晶断裂,且在拉应力作用下形成韧窝断裂形貌;在靠近加载点位置区域,受多向应力作用,材料不仅存在韧窝断裂,在单个晶粒的局部劈裂表面还存在河流花样的解理断裂。宏观角度上,WC-Co硬质合金表现出明显的脆性特征,但微观角度却发现有局部塑性变形特征。 展开更多
关键词 WC-CO硬质合金 平台巴西劈裂 动态力学性能 断裂机制
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不同熔剂体系制备的陶瓷岩板及其性能
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作者 赵存河 聂光临 +4 位作者 刘一军 左飞 庞伟科 汪庆刚 包亦望 《硅酸盐通报》 CAS 北大核心 2024年第9期3386-3398,共13页
本文利用钾钠质与钙镁质原料配制了SiO_(2)-Al_(2)O_(3)-K_(2)O(Na_(2)O)(K_(2)O-Na_(2)O)与SiO_(2)-Al_(2)O_(3)-CaO-MgO(CaO-MgO)体系陶瓷,系统探究了熔剂体系(CaO-MgO、K_(2)O-Na_(2)O)在不同烧结温度(1 110~1 210℃)下对陶瓷岩板烧... 本文利用钾钠质与钙镁质原料配制了SiO_(2)-Al_(2)O_(3)-K_(2)O(Na_(2)O)(K_(2)O-Na_(2)O)与SiO_(2)-Al_(2)O_(3)-CaO-MgO(CaO-MgO)体系陶瓷,系统探究了熔剂体系(CaO-MgO、K_(2)O-Na_(2)O)在不同烧结温度(1 110~1 210℃)下对陶瓷岩板烧结性能和力学性能的影响,并利用XRD和SEM研究陶瓷岩板的物相组成和显微结构演变规律。结果表明:CaO-MgO与K_(2)O-Na_(2)O体系陶瓷的最佳烧结温度分别为1 170、1 150℃,钙镁质原料的引入导致CaO-MgO体系陶瓷的烧成收缩率与体积密度均低于K_(2)O-Na_(2)O体系陶瓷,且CaO-MgO体系陶瓷中气孔尺寸与含量均大于K_(2)O-Na_(2)O体系陶瓷;钙镁质原料的引入会促进CaO-MgO体系陶瓷中钙长石与α-堇青石的形成,且可以大幅度提升CaO-MgO体系的结晶相含量(质量分数为75.66%,较K_(2)O-Na_(2)O体系高56%)。高结晶相含量导致的弥散强化效果大于气孔对强度的劣化作用,CaO-MgO体系的弯曲强度为(56.9±2.6) MPa、断裂功为(183.2±9.5) J/m^(2)、极限应变为(7.4±0.1)×10^(-4)、比强度为(24.9±1.1) kN·m·kg^(-1),较K_(2)O-Na_(2)O体系分别提高了15%、25%、11%、23%,这说明CaO-MgO熔剂体系陶瓷更加适用于高强韧、高柔性陶瓷岩板的制备。 展开更多
关键词 陶瓷岩板 熔剂体系 烧成温度 力学性能 弯曲强度 断裂功 物相组成 微观结构
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含SAP水泥基材料动态力学性能演变规律研究
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作者 李剑峰 《硅酸盐通报》 CAS 北大核心 2024年第6期2022-2030,共9页
关于高应变速率下含高吸水树脂(SAP)水泥基材料力学行为的研究较少,本文通过压汞法和图像法研究了含SAP水泥基材料的总孔隙率和宏观孔(>100μm)孔隙率;分析了SAP粒径和补偿水对改性材料准静态(10~(-5)s^(-1))和动态(60~110 s^(-1))... 关于高应变速率下含高吸水树脂(SAP)水泥基材料力学行为的研究较少,本文通过压汞法和图像法研究了含SAP水泥基材料的总孔隙率和宏观孔(>100μm)孔隙率;分析了SAP粒径和补偿水对改性材料准静态(10~(-5)s^(-1))和动态(60~110 s^(-1))力学性能的影响;基于裂缝扩展行为的研究,解析了高应变速率下水泥基材料的破坏行为。结果表明:添加补偿水和增大SAP粒径均会提升材料的宏观孔孔隙率和总孔隙率,从而降低准静态和动态压缩作用下试样的抗压强度和弹性模量;添加补偿水和增大SAP粒径还会提高水泥基材料的抗压强度动态增加因子和弹性模量动态增加因子,这是由于总孔隙率和宏观孔孔隙率的增加会引起裂缝扩展路径的改变、破碎程度的增加以及应变响应的延迟。 展开更多
关键词 水泥基材料 高吸水树脂(SAP) 孔结构 动态力学试验 断裂行为 动态增加因子(DIF)
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裂缝性油藏渗吸采油机理数值模拟 被引量：53
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作者 王敬 刘慧卿 +4 位作者 夏静 刘月田 洪铖 孟庆帮 高阳 《石油勘探与开发》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第5期761-770,共10页
基于渗吸采油机理和渗流理论,建立考虑重力和毛管压力的静态和动态渗吸机理数学模型,并利用室内实验数据验证了模型的可靠性,然后利用该模型研究了原油黏度、基质渗透率、岩块尺寸、界面张力以及驱替速度对渗吸采油的影响。研究表明:渗... 基于渗吸采油机理和渗流理论,建立考虑重力和毛管压力的静态和动态渗吸机理数学模型,并利用室内实验数据验证了模型的可靠性,然后利用该模型研究了原油黏度、基质渗透率、岩块尺寸、界面张力以及驱替速度对渗吸采油的影响。研究表明:渗吸采收率随原油黏度增加而降低,黏度越小,初期渗吸速度越快;基质渗透率与渗吸采出程度正相关,低渗油藏至致密油范围内渗吸采油效果差异显著;岩块尺寸与渗吸采出程度负相关;不考虑重力时,界面张力较低导致渗吸采油无法发生,考虑重力时,超低界面张力下渗吸采油也能发生,总体呈现出随着界面张力降低渗吸采收率先升后降的趋势,并且不同界面张力范围内毛管压力和重力的作用存在差异;裂缝性油藏驱替速度存在最优取值范围,应在保证产油速度的条件下优选驱替速度以获得较高采收率。 展开更多
关键词 裂缝性油藏 静态渗吸 动态渗吸 渗吸机理 影响因素
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缓倾角岩质陡坡后退演化的力学机制 被引量：29
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作者 陈洪凯 唐红梅 +1 位作者 王林峰 鲜学福 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第3期468-473,共6页
岩质陡坡后退演化是一个复杂的地质力学过程及动力地貌过程,也是山区危岩、崩塌灾害的形成机制,符合岩质边坡链式演化规律。针对单一危岩块,将危岩主控结构面类比为Ⅰ型裂纹,引入广义Kelvin蠕变模型,建立了考虑危岩蠕变效应的危岩断裂... 岩质陡坡后退演化是一个复杂的地质力学过程及动力地貌过程,也是山区危岩、崩塌灾害的形成机制,符合岩质边坡链式演化规律。针对单一危岩块,将危岩主控结构面类比为Ⅰ型裂纹,引入广义Kelvin蠕变模型,建立了考虑危岩蠕变效应的危岩断裂应力强度因子计算方法;针对缓倾角岩质陡坡,运用工程力学方法建立了陡坡上各危岩块所受荷载的计算方法;联合危岩主控结构面蠕变断裂应力强度因子和岩石断裂韧度,建立了危岩块崩落判据。实例分析表明,建立的岩质陡坡后退力学分析方法与实际情况基本一致。 展开更多
关键词 动力地貌学 力学机制 后退演化 岩质陡坡 断裂力学
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钨丝增强Zr基非晶复合材料动态力学行为及断裂特性 被引量：10
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作者 马卫锋 寇宏超 +4 位作者 李金山 陈春生 杜三明 周廉 傅恒志 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第6期1045-1050,共6页
采用渗流铸造法制备出d 6 mm钨丝增强ZrTiCuNiBe非晶合金复合材料,并利用Hopkinson压杆冲击加载装置、X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)等手段研究其动态压缩行为及断裂特性。结果表明:随着钨丝直径减小和体积分数的增加,材料的动态压... 采用渗流铸造法制备出d 6 mm钨丝增强ZrTiCuNiBe非晶合金复合材料,并利用Hopkinson压杆冲击加载装置、X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)等手段研究其动态压缩行为及断裂特性。结果表明:随着钨丝直径减小和体积分数的增加,材料的动态压缩强度增大;当钨丝直径为0.25 mm,体积分数为60%时,材料的动态压缩强度高达2 600 MPa,断裂模式为剪切断裂和劈裂混合破坏模式,同时有钨丝与基体发生脱粘现象。非晶基体在动态压缩条件下表现出显著的热软化和熔化特征。 展开更多
关键词 钨丝 Zr基非晶合金复合材料 动态性能 动态断裂 断口形貌
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