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Integrated wellbore-reservoir-geomechanics modeling for enhanced interpretation of distributed fiber-optic strain sensing data in hydraulicfracture analysis

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Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering 2024年第8期16卷 3136-3148页

作者： Lijun Liu xinglin guo Xiaoguang Wang State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection Chengdu University of TechnologyChengdu610059China Tianfu Yongxing Laboratory Chengdu610213China College of Energy Chengdu University of TechnologyChengdu610059China State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation Chengdu610059China

Fiber-optic distributed strain sensing(FO-DSS)has been successful in monitoring strain changes along horizontal wellbores in hydraulically fractured ***,the mechanism driving the various FO-DSS responses associated with near-wellbore hydraulic fracture properties is still *** address this knowledge gap,we use coupled wellbore-reservoir-geomechanics simulations to study measured strain-change behavior and infer hydraulic fracture *** crossflow among fractures is captured through explicit modeling of the transient wellbore *** addition,local grid refinement is applied to accurately capture strain changes along the fiber.A Base Case model was designed with four fractures of varying properties,simulating strain change signals when the production well is shut-in for 10 d after 240 d of production and reopened for 2 ***-pressure plots for different fracture clusters were used to gain insights into inferring fracture properties using DSS *** comparing the model with and without the wellbore,distinct strain change signals were observed,emphasizing the importance of incorporating the wellbore in FO-DSS *** effects of fracture spacing and matrix permeability on strain change signals were thoroughly *** results of our numerical study can improve the understanding of the relation between DSS signals and fracture hydraulic properties,thus maximizing the value of the dataset for fracture diagnostics and characterization.

关键词： Distributed strain sensing Fracture diagnostic Coupled flow and geomechanics Transient wellbore flow

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Topology Optimization Considering Steady-State Structural Dynamic Responses via Moving Morphable Component(MMC)Approach

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Acta Mechanica Solida Sinica 2022年第6期35卷 949-960页

作者： Jialin Li Youwei Zhang Zongliang Du Weisheng Zhang xinglin guo Xu guo State Key Laboratory of Structural Analysis for Industrial Equipment Department of Engineering MechanicsInternational Research Center for Computational MechanicsDalian University of TechnologyDalian116023China Ningbo Institute of Dalian University of Technology Ningbo315016China

This work presents a moving morphable component(MMC)-based framework for solving topology optimization problems considering both single-frequency and band-frequency steady-state structural dynamic *** this work,a set of morphable components are introduced as the basic building blocks for topology optimization,and the optimized structural layout can be found by optimizing the parameters characterizing the locations and geometries of the components *** degree of freedom(DOF)elimination technique is also employed to delete unnecessary DOFs at each *** the proposed approach solves the corresponding optimization problems in an explicit way,some challenging issues(e.g.,the large computational burden related to finite element analysis and sensitivity analysis,the localized eigenmodes in low material density regions,and the impact of excitation frequency on the optimization process)associated with the traditional approaches can be circumvented *** results show that the proposed approach is effective for solving topology optimization problems involving structural dynamic behaviors,especially when high-frequency responses are considered.

关键词： Topology optimization Moving morphable component(MMC) Structural dynamic response Dynamic compliance

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Ultrasonic Welding of Magnesium–Titanium Dissimilar Metals:A Study on Thermo-mechanical Analyses of Welding Process by Experimentation and Finite Element Method

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Chinese Journal of Mechanical Engineering 2019年第6期32卷 181-191页

作者： Dewang Zhao Daxin Ren Kunmin Zhao Pan Sun xinglin guo Liming Liu School of Materials Science and Engineering Dalian University of TechnologyDalian 116024China School of Automotive Engineering Dalian University of TechnologyDalian 116024China Institute of Industrial and Equipment Technology Hefei University of TechnologyHefei 230601China Shanghai Shipyard Co. Ltd.Shanghai 200000China Department of Engineering Mechanics State Key Laboratory of Structural Analysis for Industrial EquipmentDalian University of TechnologyDalian 116024China

Ultrasonic welding is an effective ways to achieve a non-reactive/immiscible heterogeneous metal connection, such as the connection of magnesium alloy and titanium alloy. But the thermal mechanism of magnesium alloy/titanium alloy ultrasonic welding has not been defined clearly. In this paper, the experimental and the finite element analysis were adopted to study the thermal mechanism during welding. Through the test, the temperature variation law during the welding process is obtained, and the accuracy of the finite element model is verified. The microscopic analysis indicates that at the welding time of 0.5 s, the magnesium alloy in the center of the solder joint is partially melted and generates the liquid phase. Through the finite element analysis, the friction coefficient of the magnesium–titanium ultrasonic welding interface can be considered as an average constant value of 0.28. The maximum temperature at the interface can exceed 600 ℃ to reach the melting point temperature of the magnesium alloy. The plastic deformation begins after 0.35 s and occurs at the magnesium side at the center of the interface.

关键词： Ultrasonic welding Magnesium alloys Titanium alloys Thermo-mechanical analyses Finite elementanalysis

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Nonswellable hydrogels with robust micro/nano-structures and durable superoleophobic surfaces under seawater

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Science China Chemistry 2018年第1期61卷 64-70页

作者： Ling Lin Hui Yi xinglin guo Pengchao Zhang Lie Chen Dezhao Hao Shutao Wang Mingjie Liu Lei Jiang Engineering Research Center of Marine Biological Resource Comprehensive Utilization State Oceanic Administration (SOA) the Third Institute of Oceanography of the State Oceanic Administration Xiamen 361005 China Key Laboratory of Bio-inspired Smart Interfacial Science and Technology of Ministry of Education School of Chemistry and Environment Beihang University Beijing 100191 China Key Laboratory of Green Printing Institute of Chemistry Chinese Academy of Sciences Beijing 100191 China Laboratory of Bio-inspired Smart Interface Science Technical Institute of Physics and Chemistry Chinese Academy of Sciences Beijing 100191 China

Hydrogels, composed mainly of water trapped in three dimensional cross-linked polymer networks, have been widely utilized to construct underwater superoleophobic surfaces. However, the swelling nature and instability of hydrogels under complex marine environment will weaken their underwater superoleophobicity. Herein, we synthesize structured poly （2-hydroxyethylmethacrylate）（PHEMA） hydrogels by using sandpaper as templates. The robust non-swelling of PHEMA hydrogel ensures that micro/nano-structures on the surface of PHEMA hydrogels can be well maintained. Moreover, when roughness Ra of about 3-4 bun, the surface has superior oil-repellency. Additionally, even after immersing in seawater for one-month, their breaking strength and toughness can be well kept. The non-swellable hydrogels with long-term stable under seawater superoleophobicity will promote the development of robust superoleophobic materials in marine antifouling coatings, biomedical devices and oil/water separation.

关键词： bio-inspired underwater superoleophobic micro/nano-structures nonswellable hydrogel mechanical strength

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弹塑性疲劳裂纹扩展行为的数值模拟

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机械工程学报 2015年第10期51卷 33-40页

作者：樊俊铃郭杏林大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室大连116023

基于ABAQUS有限元软件建立内聚单元模型以研究I型弹塑性疲劳裂纹的扩展过程。利用UEL子程序定义内聚单元的疲劳损伤累积准则以识别疲劳裂纹扩展过程中裂纹尖端的位置,并预测裂纹扩展速率da/d N。结果发现,预测的裂纹扩展速率与已有的试... 详细信息

基于ABAQUS有限元软件建立内聚单元模型以研究I型弹塑性疲劳裂纹的扩展过程。利用UEL子程序定义内聚单元的疲劳损伤累积准则以识别疲劳裂纹扩展过程中裂纹尖端的位置,并预测裂纹扩展速率da/d N。结果发现,预测的裂纹扩展速率与已有的试验结果吻合良好。通过ABAQUS软件中的温度-位移耦合分析方法同步获取裂纹扩展过程中因塑性变形能引起的裂纹尖端瞬态温度场的变化。结果显示,疲劳损伤累积准则所识别的裂纹尖端位置与裂纹扩展时最大温升点的位置具有一致性。这说明疲劳裂纹扩展过程中温度信号的变化也可以用于裂纹扩展规律的研究。基于数值模拟的方法验证了疲劳裂纹扩展过程中裂纹尖端的温升信号ΔT与裂纹扩展速率da/d N、应力强度因子范围ΔK之间的幂函数关系。研究成果有望用于疲劳裂纹扩展寿命的快速预测。

关键词：疲劳裂纹内聚单元裂纹扩展速率应力强度因子

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含间隙柔性曲柄摇杆机构动力学分析

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机械强度 2010年第6期32卷 905-909页

作者：郭杏林赵子坤大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室大连116024

基于ADAMS(automatic dynamic analysis of mechanical system)的仿真软件平台,采用冲击函理论模拟间隙接触的碰撞,研究含间隙运动副柔性曲柄摇杆机构的动力学行为。轴与轴套间旋转间隙铰有三种运动状态,自由运动、碰撞和连续接触。文... 详细信息

基于ADAMS(automatic dynamic analysis of mechanical system)的仿真软件平台,采用冲击函理论模拟间隙接触的碰撞,研究含间隙运动副柔性曲柄摇杆机构的动力学行为。轴与轴套间旋转间隙铰有三种运动状态,自由运动、碰撞和连续接触。文中主要对比刚性连杆和柔性连杆对机构运动性能的影响,考虑柔性时,应用Ansys软件取连杆的前三阶模态生成中性文件导入ADAMS进行仿真。结果显示,柔性杆对运动副接触的碰撞力有缓冲作用,同时与理想运动副状态十分接近。

关键词：间隙接触力曲柄摇杆碰撞 ADAMS

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基于固有耗散的FV520B钢高周疲劳性能研究

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金属学报 2015年第4期51卷 400-406页

作者：郭强郭杏林樊俊铃吴承伟大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室大连116024 中国飞机强度研究所西安710065

基于固有耗散理论和计算模型,对FV520B钢的高周疲劳性能进行了较为系统的实验研究.结果表明,随着施加的交变应力幅的增大,FV520B钢的固有耗散也不断增大.其变化规律的拐点对应于固有耗散产生机制的转变,从单纯地由材料微结构的可逆运动... 详细信息

基于固有耗散理论和计算模型,对FV520B钢的高周疲劳性能进行了较为系统的实验研究.结果表明,随着施加的交变应力幅的增大,FV520B钢的固有耗散也不断增大.其变化规律的拐点对应于固有耗散产生机制的转变,从单纯地由材料微结构的可逆运动(位错线在强钉扎点之间的摆动)引起,到由材料微结构的可逆运动和不可逆运动(永久滑移的产生、强钉扎点的脱钉以及位错的增殖)共同引起.并且,固有耗散拐点的应力幅值就是导致材料疲劳损伤累积的临界应力幅值,即疲劳极限.另外,实验还表明,FV520B钢在等幅交变应力下具有相对稳定的损伤演化速率,且损伤演化速率由应力幅值决定,与加载次序无关;每一周加载造成的疲劳损伤也不受加载频率的影响.当FV520B钢在疲劳过程中累积的与微结构不可逆演化相关的固有耗散部分达到一个临界值时,材料即发生疲劳断裂,且这个临界值是一个与加载历史无关的材料常数.

关键词： FV520B钢固有耗散高周疲劳微结构运动

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基于移动可变形组件法(MMC)的运载火箭传力机架结构的轻量化设计

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力学学报 2022年第1期54卷 244-251页

作者：李佳霖赵剑孙直郭杏林郭旭大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室辽宁大连116024 西安航天动力研究所陕西西安710100 大连理工大学宁波研究院浙江宁波315016

传力机架是运载火箭箭体与发动机连接的关键部件,负责将发动机推力载荷有效的传递至箭体,其结构的轻量化设计不仅可以保障火箭发动机的推重比、提高火箭的稳定性,还可以为我国未来可重复使用式火箭的研究提供一定的参考.本文在移动可变... 详细信息

传力机架是运载火箭箭体与发动机连接的关键部件,负责将发动机推力载荷有效的传递至箭体,其结构的轻量化设计不仅可以保障火箭发动机的推重比、提高火箭的稳定性,还可以为我国未来可重复使用式火箭的研究提供一定的参考.本文在移动可变形组件(moving morphable component, MMC)的框架下,提出了一种解决传力机架结构轻量化设计的方法.在该方法中,机架结构的拓扑通过一组具有显式几何信息的组件来表示,这使最终优化布局可以被少量的设计变量所描述.通过分析传力机架结构设计的特点和要求,以刚度最大化为目标,体积分数(保证结构重量)为约束,建立了基于MMC显式拓扑优化方法下的问题列式.同时搭建了可对工程中传力机架结构轻量化设计的平台,并进行相应结构的拓扑优化.在两种载荷工况(即零位状态和摇摆状态)作用下,最终优化结果在中间推力载荷区域与锥段相连位置之间,所形成的较大翼板结构增强了传力机架的抗弯能力.通过与传统机架结构的对比,证明了本文所提出方法在传力机架结构轻量化设计方面的有效性.

关键词：拓扑优化移动可变形组件法轻量化设计运载火箭传力机架

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基于锁相热象法的金属疲劳特性评估方法研究

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机械强度 2010年第2期32卷 -页

作者：郭杏林王晓钢大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室

红外热象法作为一种无损、实时及非接触的测试技术,已应用于疲劳研究中。传统的疲劳试验方法存在试验周期长、耗费试件多等不足,而新兴的热象法可以快速确定金属材料或构件的疲劳极限。文中基于能量耗散理论,借助于先进的锁相热象技术,... 详细信息

红外热象法作为一种无损、实时及非接触的测试技术,已应用于疲劳研究中。传统的疲劳试验方法存在试验周期长、耗费试件多等不足,而新兴的热象法可以快速确定金属材料或构件的疲劳极限。文中基于能量耗散理论,借助于先进的锁相热象技术,快速准确地测定Q235钢的疲劳极限。同时还对疲劳极限的热评估方法进行改进,以保证测试结果的准确性,有助于提供该类疲劳试验方法标准化依据。研究还表明,锁相热象法在健康监测中具有潜在的应用价值。

关键词：疲劳疲劳极限热象法固有耗散锁相

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对流和辐射换热对金属高周疲劳能量耗散估计的影响

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机械工程学报 2021年第10期57卷 187-195页

作者：杨文平郭杏林赵延广大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室大连116024 大连理工大学工程力学系大连116024

疲劳断裂是引起工程结构和构件失效的主要原因。传统疲劳性能预测方法存在周期长和经济成本高等缺点,基于红外热像法的金属高周疲劳性能快速评估受到广泛关注。在金属高周疲劳试验中,引起试样温升的不可逆能量耗散作为红外热像法中的关... 详细信息

疲劳断裂是引起工程结构和构件失效的主要原因。传统疲劳性能预测方法存在周期长和经济成本高等缺点,基于红外热像法的金属高周疲劳性能快速评估受到广泛关注。在金属高周疲劳试验中,引起试样温升的不可逆能量耗散作为红外热像法中的关键指标,其估计值的精度决定了疲劳性能评估的准确性。基于红外热像法提出一种金属高周疲劳过程中的能量耗散估计方法,根据传热学理论引入自然对流和辐射热阻,并通过数值模拟和试验来验证方法的正确性和精度。研究发现,在高周疲劳试验过程中进行能量耗散估计时,自然对流和辐射造成的热损失占比较大,均不可直接忽略。与文献中同样考虑了对流和辐射效应的温降方法进行对比发现,温降方法适用于局部能量耗散的估计,且对时间非常敏感,估计结果不够稳定;而所提方法更适用于光滑平板试样的疲劳试验,且流程简单,结果稳定可靠,便于工程实际中的应用。

关键词：红外热像法能量耗散高周疲劳对流和辐射换热

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