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考虑溶洞空间形态的岩溶路基顶板稳定性有限元分析

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考虑溶洞空间形态的岩溶路基顶板稳定性有限元分析

作者：李子丰长沙理工大学

学位级别：硕士

随着经济的迅速发展,我国的交通建设不断向西部推进,在设计和修建高速公路的过程中,贵州、广西、云南等省份存在大量的岩溶地区,岩溶的发育对高速公路危害严重,其中的路线又因为岩溶的分布广泛而难以避开,因此,如何合理地评价岩溶路基... 详细信息

随着经济的迅速发展,我国的交通建设不断向西部推进,在设计和修建高速公路的过程中,贵州、广西、云南等省份存在大量的岩溶地区,岩溶的发育对高速公路危害严重,其中的路线又因为岩溶的分布广泛而难以避开,因此,如何合理地评价岩溶路基的稳定性成为工程建设中亟需解决的关键问题。为此,本文以湖南省某高速公路岩溶路基工程为背景,对路基下伏溶洞的空间形态与岩溶顶板的荷载作用进行考虑,将岩溶顶板简化成抛物线拱模型与圆拱模型,建立其理论分析方法,根据工程案例进行理论计算,并采用ABAQUS有限元软件建立数值模型,建立在上覆土层与路基荷载作用下相应的不同矢高f的溶洞模型,将得到的数值计算结果与理论计算结果进行对比,验证了数值分析的可行性。同时分析不同矢高的岩溶路基溶洞顶板的稳定性,揭示高速公路岩溶顶板安全厚度随溶洞矢高、跨度、上覆土层高度等因素的变化规律,通过研究可得如下结论:(1)矢高的改变对两种简化模型的顶板所需的最小安全厚度影响明显,其他因素(溶洞跨度与顶板上覆土层高度)对顶板安全厚度的影响同样较大,说明溶洞的空间形态及其矢高是岩溶路基顶板稳定性评价的关键因素,因此,在实际工程中,顶板的稳定性评价需要尽量查明溶洞的空间形态,以及岩土体的土层参数,以便评价结果更切合工程实际。(2)通过分析岩溶地区各因素对不同溶洞矢高模型顶板极限承载力的影响,分析了在顶板厚度一定、不同因素的情况下,如溶洞跨度、上覆土层厚度、以及石灰岩抗剪强度参数粘聚力和内摩擦角4个因素与溶洞顶板极限承载力之间的关系,得到了不同工况下溶洞顶板的极限承载力,获得了上述因素对不同溶洞矢高模型顶板承载力的影响规律。(3)对各影响因素进行正交数值试验,系统地研究各因素对溶洞顶板极限承载力的影响程度,结合正交参数分析理论得出影响因素之间的主次关系,即上覆土层高度>石灰岩粘聚力>溶洞跨度>石灰岩内摩擦角,相关结论可为今后类似工程提供参考。

关键词：岩溶路基溶洞顶板理论分析数值模拟极限承载力正交试验

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基于VOF的气液两相流多尺度耦合算法

基于VOF的气液两相流多尺度耦合算法

作者：李子丰沈阳化工大学

学位级别：硕士

VOF(volume of fluid)方法是一种模拟两相流的主流方法,常作为一种微观方法用于捕捉两相间的动态界面运动。不同于其他两相流的模拟方法(例如EulerEuler、Euler-Lagrangian),VOF仅求解一个相传输方程,将两种流体均视为连续相并在相界面... 详细信息

VOF(volume of fluid)方法是一种模拟两相流的主流方法,常作为一种微观方法用于捕捉两相间的动态界面运动。不同于其他两相流的模拟方法(例如EulerEuler、Euler-Lagrangian),VOF仅求解一个相传输方程,将两种流体均视为连续相并在相界面上保证了每个相的质量守恒。但VOF方法在粗网格下界面处的表面张力和曲率得不到精确的数值解,而使用细网格又会带来巨大的计算成本。射流雾化、搅拌槽、萃取塔、鼓泡塔中液滴和气泡的破碎聚并行为等系统包含由连续相变为离散相的复杂时空多尺度过程。此类多尺度系统的VOF模拟极具挑战性。不仅要求计算准确,还需要计算量在可接收的范围内。通过宏观模型与微观模型间的耦合有望解决这一问题。本文将着重研究和讨论VOF和LPT的相关耦合算法。首先对VOF方法及基于有限体积法的相关数值求解方法进行了详细的阐述;其次对两种耦合VOF的模拟方法进行了探讨。分别为VOF-LPT(Lagrangian particle tracking)和E-E(Euler-Euler)-VOF。其中VOF-LPT算法实现了由微观尺度算法VOF到宏观尺度算法LPT的转化,主流的耦合方法分为2D与3D两种。本文将对于这种算法进行了详细的分析,通过射流雾化模型验证,之后提出一种大尺度计算域内模拟射流雾化过程的可行性方案,兼顾了模拟的准确性与计算效率。对于E-E-VOF算法,完成了从宏观尺度算法E-E到微观尺度算法VOF的耦合,通过网格大小以及相梯度作为阈值,在网格密度允许表面跟踪的计算域的部分中使用VOF方法,在流态分散无法通过界面跟踪算法描述的区域中使用双流体模型。VOF-LPT以及E-E-VOF算法本质上都是把VOF微观模型与宏观模型(LPT,E-E)相结合,进而实现了包含小尺度到中尺度或大尺度的这种多尺度行为的数值模拟。

关键词：多相流计算流体力学 VOF-LPT E-E-VOF 射流雾化

跳-扩散模型下欧式与美式期权的外插变步长隐显Runge-Kutta数值算法

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跳-扩散模型下欧式与美式期权的外插变步长隐显Runge-Kutta数值算...

作者：李子丰上海师范大学

学位级别：硕士

传统的期权定价模型假设标的资产价格服从带漂移的布朗运动,没有考虑市场的波动性.在此基础上,有学者提出了更符合实际的跳扩散期权定价模型.该模型是一个含有非局部积分项的偏积分微分方程(PIDE).本文主要研究带跳欧式与美式期权定价... 详细信息

传统的期权定价模型假设标的资产价格服从带漂移的布朗运动,没有考虑市场的波动性.在此基础上,有学者提出了更符合实际的跳扩散期权定价模型.该模型是一个含有非局部积分项的偏积分微分方程(PIDE).本文主要研究带跳欧式与美式期权定价问题的外插变步长隐显Runge-Kutta(RK)方法. 对丁?欧式期权定价问题,在时间方向上,我们提出外插变步长隐显RK方法,S卩非局部积分算子中的函数采用外插的方法逼近,以达到显式离散的效果,其余算子隐式离散.分析了时间半离散格式的稳定性以及全局误差界.在空间方向上,我们利用有限差分方法离散微分算子,非局部积分算子采用复合梯形公式近似,得到具有三对角系数矩阵的线性方程组,从而达到减少计算复杂度与提升求解效率的目的.数值实验验证了外插变步长隐显RK方法的可行性与高精度. 美式期权的特点是在期权有效期内的任何时间都允许行权,其定价模型满足一个线性互补问题(LCP).我们选择罚函数法将LCP转化为非线性偏积分微分方程进行求解.空间方向的离散方法与欧式期权的离散格式相同.时间方向h同样采用外插变步长隐显RK方法对该非线性PIDE进行离散,利用外插逼近积分项与惩罚项.数值结果表明该算法对美式期权定价问题同样有效.

关键词：期权定价跳-扩散模型偏积分微分方程变步长隐显Runge-Kutta方法外插罚函数法稳定性误差估计

中国数字普惠金融发展的区域差异及影响因素研究

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中国数字普惠金融发展的区域差异及影响因素研究

作者：李子丰天津师范大学

学位级别：硕士

数字普惠金融是普惠金融与数字技术的结合产物,在降低金融机构边际成本、提升金融业务覆盖面等方面展现出了独特优势,为我国脱贫攻坚工作提供了重要帮助。既有文献主要集中在数字普惠金融的作用等方面,鲜有对于数字普惠金融发展区域差... 详细信息

数字普惠金融是普惠金融与数字技术的结合产物,在降低金融机构边际成本、提升金融业务覆盖面等方面展现出了独特优势,为我国脱贫攻坚工作提供了重要帮助。既有文献主要集中在数字普惠金融的作用等方面,鲜有对于数字普惠金融发展区域差异、差异来源及影响因素的系统研究。首先,本文利用Dagum基尼系数分析了数字普惠金融发展的区域差异及差异来源。结果发现我国数字普惠金融发展的总体差异在2011—2017年持续下降,又在2018—2020年有所回升;通过追踪差异来源发现,总体差异主要来自区域间差异。其次,本文利用Kernel密度估计方法系统描述了数字普惠金融指数的分布动态、延展性和极化趋势,并用三维图像的方式展示了指数的演进过程,发现我国数字普惠金融发展存在明显极化趋势;从地区Kernel密度来看,考察期内东部地区存在明显多极分化现象;中部地区数字普惠金融发展空间非均衡情况加剧;西部地区数字普惠金融发展的空间非均衡趋势先变小后增大,且有极化现象出现。再次,本文通过理论分析,深入研究了我国数字普惠金融发展的影响因素及其作用机制。随后基于固定效应模型模型进行了实证分析,发现经济发展、政府干预、收入水平、可获得性、人口结构等均对数字普惠金融发展具有显著影响;此外,本文通过分指数、分地区回归,对数字普惠金融的影响因素进行了异质性检验,并进一步采用SYS-GMM估计进行内生性检验,验证了模型结果的稳健性。最后,作者对本文结论进行了梳理总结,并提出了相应的政策建议。

关键词：数字普惠金融 Dagum基尼系数 Kernel密度估计人口结构

统一强度理论在杆管柱力学中的适用性和具有SD效应材料的安全应力域

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石油学报 2016年第12期37卷 1537-1542页

作者：李子丰燕山大学石油工程研究所河北秦皇岛066004

在油气井杆管柱力学中广泛应用Von Mises屈服准则和Tresca屈服准则,而在岩土力学中则普遍采用统一强度理论。统一强度理论是否囊括了Von Mises屈服准则和Tresca屈服准则,在油气井杆管柱力学中应用统一强度理论是否比应用Von Mises屈服... 详细信息

在油气井杆管柱力学中广泛应用Von Mises屈服准则和Tresca屈服准则,而在岩土力学中则普遍采用统一强度理论。统一强度理论是否囊括了Von Mises屈服准则和Tresca屈服准则,在油气井杆管柱力学中应用统一强度理论是否比应用Von Mises屈服准则和Tresca屈服准则更好等问题,是值得澄清和探讨的。在分析统一强度理论、Von Mises屈服准则和Tresca屈服准则所考虑的因素、数学表达式和适用材料后认为,在一般的油气井杆管柱力学计算中,Von Mises屈服准则比统一强度理论更完备;在特定条件下Tresca屈服准则比统一强度理论更简明;Von Mises屈服准则和双向应力椭圆理论充分地考虑了中间主应力效应;油气井杆管柱力学中一般不需要考虑SD效应;统一强度理论没有考虑材料的冷作硬化效应和屈强比。建立了具有SD效应材料的安全应力域。

关键词：统一双剪屈服准则强度理论钻柱套管管柱安全应力域

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油气井杆管柱力学研究进展与争论

石油学报 2016年第4期37卷 531-556页

作者：李子丰燕山大学石油工程研究所河北秦皇岛066004

油气井杆管柱是石油钻采作业的脊梁和中枢神经。在石油与天然气工程学科中,油气井杆管柱力学是一门重要的应用基础科学。先介绍了油气井杆管柱力学的相关专著、从事油气井杆管柱力学研究学者、研究油气井杆管柱力学的方法并澄清了一些... 详细信息

油气井杆管柱是石油钻采作业的脊梁和中枢神经。在石油与天然气工程学科中,油气井杆管柱力学是一门重要的应用基础科学。先介绍了油气井杆管柱力学的相关专著、从事油气井杆管柱力学研究学者、研究油气井杆管柱力学的方法并澄清了一些基本概念;进一步重点介绍了油气井杆管柱力学基本原理、油气井杆管柱的运动状态、油气井杆管柱动力学基本方程、油气井杆管柱的稳定性、油气井杆管柱的稳态拉力扭矩、下部钻具三维力学分析、钻柱动力学、套管柱力学分析、测试管柱力学分析、压裂注水注汽管柱力学分析、有杆泵抽油系统诊断和参数优选与节能、采气管柱的振动、管柱的冲击震动、膨胀筛(套)管力学分析、隔水管柱力学分析、振动波信号在管柱中的传播、管柱的磨损和腐蚀与冲蚀、管柱的剩余强度和疲劳强度预测等方向的进展与争论;展望了油气井杆管柱力学的重点研究方向。

关键词：钻柱套管油管抽油杆隔水管力学振动进展争论

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油气井管柱冲击动力问题研究概况和发展趋势

石油学报 2019年第5期40卷 604-610页

作者：李子丰燕山大学石油工程系河北秦皇岛066004

钻采作业中经常遇到管柱冲击动力问题。具体工况包括:①射孔和爆炸松扣解卡时,炸药爆炸引发的管柱冲击振动;②用震击器解卡时,突然泄流和震击力引发的管柱冲击振动;③钻柱、套管柱、油管柱、抽油杆柱断脱或刹车不灵或操作失误,导致管柱... 详细信息

钻采作业中经常遇到管柱冲击动力问题。具体工况包括:①射孔和爆炸松扣解卡时,炸药爆炸引发的管柱冲击振动;②用震击器解卡时,突然泄流和震击力引发的管柱冲击振动;③钻柱、套管柱、油管柱、抽油杆柱断脱或刹车不灵或操作失误,导致管柱沿井筒向下滑落冲击井底或泵阀,以及管柱下放时突然遇阻的情况。对文献的相关研究进展进行了评述,并介绍了油气井管柱力学三原理、油气井管柱动力学基本方程、油气井管柱的屈曲和拉力扭矩分析、钻柱动力学、直杆和薄壁管在轴向冲击作用下的应力和变形、以及有限元力学仿真的研究进展;最后,对管柱冲击动力研究的力学模型、数学模型、求解方法和预期结果等提出了建议。

关键词：管柱钻柱钻铤震击射孔冲击振动动力学

钻柱涡动理论研究的必由之路——钻井液动力润滑学与钻柱动力学相结合

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石油学报 2013年第3期34卷 607-610页

作者：李子丰燕山大学石油工程研究所河北秦皇岛066004

浸泡在钻井液内的旋转受压钻柱,在屈曲和涡动的作用下,容易发生疲劳断裂和使井眼倾斜。对此现象业界已进行了较深入的研究,但还有一些问题没有解决,如随着井斜角的增加涡动现象减小直至消失的原因、屈曲后的钻柱是否一定与井壁接触、钻... 详细信息

浸泡在钻井液内的旋转受压钻柱,在屈曲和涡动的作用下,容易发生疲劳断裂和使井眼倾斜。对此现象业界已进行了较深入的研究,但还有一些问题没有解决,如随着井斜角的增加涡动现象减小直至消失的原因、屈曲后的钻柱是否一定与井壁接触、钻柱表面与井壁间是否存在滑动及滑动的影响因素、钻柱的稳定性和偏心率随转速的变化规律等。为了寻求上述问题的研究方法,在介绍钻柱的正弦屈曲和螺旋屈曲、旋转钻柱的最大涡动角速度、旋转钻柱与钻井液的相互作用、旋转钻柱与井壁的碰撞和涡动4方面的研究进展基础上,分析了这些研究方法中存在的问题,提出钻井液动力润滑学与钻柱动力学相结合是钻柱涡动理论研究的必然。

关键词：钻柱涡动屈曲润滑稳定性

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定向井靶区与水平井靶窗的统一

中国石油大学学报（自然科学版） 2015年第6期39卷 80-84页

作者：李子丰燕山大学石油工程研究所河北秦皇岛066004

作为定向井特例的水平井的靶窗不包含在定向井的靶区范围内,定向井的靶区与水平井的靶窗相冲突。分析定向井的靶区与水平井的靶窗的特征,认为统一靶区的基础是重新确立定向井与水平井的井眼轴线与靶区平面的关系,即靶区平面应该始终与... 详细信息

作为定向井特例的水平井的靶窗不包含在定向井的靶区范围内,定向井的靶区与水平井的靶窗相冲突。分析定向井的靶区与水平井的靶窗的特征,认为统一靶区的基础是重新确立定向井与水平井的井眼轴线与靶区平面的关系,即靶区平面应该始终与井眼轴线垂直;平面内的靶区应该随井斜角的增加逐渐由直井的圆面变成水平井的矩形或椭圆形。分别建立椭圆形和圆角矩形靶区渐变的数学模型,编写计算软件,绘制安全椭圆锥和圆角棱锥。结果表明,靶区平面应该为与井眼轴线垂直的平面,直井靶区随井斜角过渡到水平井靶窗是解决这一冲突的有效方法。

关键词：定向井水平井轨道靶区靶窗数学模型