检索结果-南通市图书馆

热障涂层脱粘裂纹缺陷的高温表征方法与演变规律

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中国表面工程 2023年第4期36卷 98-106页

作者：韦峥张从杨刘长波董会雒晓涛邓元李长久西安交通大学金属材料强度国家重点实验室西安710049 北京航空航天大学杭州创新研究院杭州311100

热障涂层在服役过程中相邻区域脱粘裂纹的扩展合并是造成陶瓷层最终剥落的重要原因,然而缺乏简单有效的无损测试方法。提出利用空腔高热阻在陶瓷层表面局部热积累,形成表面亮斑的特点,通过亮斑反向跟踪脱粘缺陷的新方法。结果表明,在界... 详细信息

热障涂层在服役过程中相邻区域脱粘裂纹的扩展合并是造成陶瓷层最终剥落的重要原因,然而缺乏简单有效的无损测试方法。提出利用空腔高热阻在陶瓷层表面局部热积累,形成表面亮斑的特点,通过亮斑反向跟踪脱粘缺陷的新方法。结果表明,在界面处制备水溶性盐斑,继续喷涂陶瓷层后用水浴溶解的方式可在YSZ与金属粘结层界面有效预制特定外形与尺寸的人造脱粘裂纹缺陷;预制脱粘裂纹与表面高温亮斑尺寸呈正相关,且近似呈现为比例系数为1.031的线性关系,当预制裂纹直径大于0.4 mm时,可在涂层表面观测到亮斑,当预制裂纹直径大于0.7 mm时,用亮斑尺寸预测裂纹尺寸的相对误差低于15%;在梯度热冲击循环下,热障涂层随热冲击次数的增加,表面首先出现亮斑,随后亮斑长大、合并,在2500次左右热循环时合并速度加快,最终陶瓷层在亮斑处局部剥落。基于脱粘裂纹对于纵向热流的阻碍作用,提出一种人造脱粘裂纹缺陷的预制方法,并确立一种通过测量表面亮斑尺寸估计内部裂纹尺寸的热障涂层无损测量方法。解决了热障涂层高温缺陷难以实时观测的问题,并进一步研究了其高温演变规律,可为热障涂层的寿命预测提供数据支持。

关键词：热障涂层脱粘裂纹缺陷梯度热循环无损观测裂纹扩展

轧制Mo-14%Re合金的显微组织和室温拉伸性能

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稀有金属材料与工程 2023年第8期52卷 2746-2756页

作者：何朝军胡平邢海瑞杨帆张向阳林小辉华兴江白润张文王快社西安建筑科技大学冶金工程学院陕西西安710055 西安建筑科技大学功能材料加工国家地方联合工程研究中心陕西西安710055 西北有色金属研究院陕西西安710016

为了进一步了解轧制Mo-14%Re合金的显微组织和室温拉伸性能,采用扫描电镜(SEM)和高分辨电子背散射衍射(EBSD)研究了轧制Mo-14%Re合金的显微组织和断口形貌。采用Channel 5软件分析了轧制Mo-14%Re合金在不同退火温度下的组织演变。结果表... 详细信息

为了进一步了解轧制Mo-14%Re合金的显微组织和室温拉伸性能,采用扫描电镜(SEM)和高分辨电子背散射衍射(EBSD)研究了轧制Mo-14%Re合金的显微组织和断口形貌。采用Channel 5软件分析了轧制Mo-14%Re合金在不同退火温度下的组织演变。结果表明,随着退火温度的升高,Mo基体相和ReO_(3)相的施密特因子逐渐减小。织构强度迅速增加,极图上的晶体取向强度从6.51增加到10.18。轧制Mo-14%Re合金的初始再结晶发生在1100℃,在此退火温度下,合金中富稀土ReO_(3)相均匀析出,导致拉伸过程中应力分布均匀,Mo基体相和ReO_(3)相表现出明显的晶体取向,ReO_(3)相晶界主要为大角度晶界,使得断后伸长率达到最大值33.5%。拉伸断裂的韧窝数量最多且最大。此外,还研究了断裂过程中微孔的形成、聚集、生长和裂纹扩展。

关键词： Mo-14%Re合金室温拉伸初始再结晶微观结构演化裂纹扩展

基于CDEM的天然气水合物沉积物水力压裂裂纹扩展数值模拟

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Acta Mechanica Sinica 2024年第2期40卷 28-38页

作者：黄宇东王天驹王蕊王昊天鲁晓兵张旭辉 Institutes of Mechanics Chinese Academy of SciencesBeijing100190China School of Engineering Science University of Chinese Academy of SciencesBeijing100049China CPOE Research Institute of Engineering Technology Tianjin300450China CNPC Offshore Engineering Company Limited Beijing100176China

目前,天然气水合物开采存在储层渗透率低和热传导导致生产效率低等问题.作为一种常规油气勘探中有效提高储层渗透率的技术,水力压裂有望用于改善天然气水合物储层的渗透率,提高采收效率.然而,有关含天然气水合物沉积物(GHBS)水力压裂应... 详细信息

目前,天然气水合物开采存在储层渗透率低和热传导导致生产效率低等问题.作为一种常规油气勘探中有效提高储层渗透率的技术,水力压裂有望用于改善天然气水合物储层的渗透率,提高采收效率.然而,有关含天然气水合物沉积物(GHBS)水力压裂应用的研究却很少.本文采用有限元和离散元耦合的连续离散元法(CDEM),对不同地层性质的天然气水合物沉积物(GHBS)的水力压裂过程进行了二维的数值模拟,研究了储层性质和压裂参数对GHBS中裂缝生成的影响.主要结论是,在本研究考虑的压裂参数和沉积物性质中,内摩擦角越小、注入流量越大对产生裂缝越有利;当饱和度和黏聚力处于适当范围时,最有利于产生裂缝;当各方向的地应力相等时,最有利于压裂产生裂缝,但最不利于主要裂缝向更远的方向延伸.

关键词：含天然气水合物沉积物水力压裂离散元法地层性质水合物储层天然气水合物开采内摩擦角裂纹扩展

裂纹扩展和裂尖变形机理的多尺度耦合数值模拟方法

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材料导报 2019年第14期33卷 2419-2425页

作者：盛鹰朱星亮曾祥国贾彬文军工程材料与结构冲击振动四川省重点实验室绵阳621000 西南科技大学土木工程与建筑学院绵阳621000 西南交通大学数学学院成都610031 四川大学建筑与环境学院成都610065

利用提出的多尺度五区数值模型,实现了单边裂纹的平板α铁在宏观载荷作用下三个不同尺度(原子尺度、细观尺度、连续介质尺度)力学参量之间的耦合及传递,模拟了裂尖变形和裂纹扩展的多尺度演化过程。根据多尺度五区数值模型将平板建设为... 详细信息

利用提出的多尺度五区数值模型,实现了单边裂纹的平板α铁在宏观载荷作用下三个不同尺度(原子尺度、细观尺度、连续介质尺度)力学参量之间的耦合及传递,模拟了裂尖变形和裂纹扩展的多尺度演化过程。根据多尺度五区数值模型将平板建设为五个区域。其中:Ⅴ区为宏观尺度区,利用有限元方法对单边裂纹板进行动态数值分析,基于虚拟裂纹闭合法(VCCT)计算应力强度因子KI;Ⅳ区为包围裂尖的细观尺度有限元模型,Ⅳ区与Ⅴ区宏观尺度模型通过有限宽板应力强度因子表达式联系,从而获得Ⅳ区细观断裂模型的应力边界,并将其用于有限元加载,获得该区的位移场;Ⅰ区为嵌在Ⅳ区内的分子动力学模型区,通过该区的分子动力学计算可获得裂纹扩展和裂尖变形的机制,模拟裂纹分叉、堆垛层错、空位微观变形与失效机制等;Ⅱ区和Ⅲ区为分子动力学Ⅰ区与连续介质Ⅳ区之间的交互影响区,有限元结果通过Ⅲ区为分子动力学区提供载荷条件,分子动力学结果借助于Ⅱ区修正有限元的边界条件,实现了原子尺度离散区与连续介质区力学参量之间相互影响的动态耦合。

关键词：裂纹扩展裂尖变形多尺度数值模型虚拟裂纹闭合法分子动力学

交叉裂隙岩体裂纹扩展试验及混合有限-离散元数值模拟研究

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岩土力学 2023年第4期44卷 1217-1229页

作者：梁东旭张农荣浩宇徐州工程学院土木工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116 河海大学土木与交通学院江苏南京210098

对预制交叉裂隙岩石试样进行裂纹扩展试验,研究了裂纹萌生、扩展、聚合过程,分析了主裂隙和轴向载荷夹角及主次裂隙夹角对裂纹起裂应力和聚合应力的影响,并用混合有限元-离散元程序,即图形处理器并行化的3D Y-HFDEM代码对试验进行了仿... 详细信息

对预制交叉裂隙岩石试样进行裂纹扩展试验,研究了裂纹萌生、扩展、聚合过程,分析了主裂隙和轴向载荷夹角及主次裂隙夹角对裂纹起裂应力和聚合应力的影响,并用混合有限元-离散元程序,即图形处理器并行化的3D Y-HFDEM代码对试验进行了仿真计算,实现了岩石破坏从连续介质向非连续介质的过渡,对裂纹类及损伤破坏模式进行了识别,捕捉到了试验中难以发现的现象。研究表明:随主裂隙与轴向载荷夹角增加,裂纹聚合区的拉伸裂纹数量增加;裂纹起裂和聚合应力与主裂隙与轴向载荷夹角成正比;主次裂隙夹角增加,岩石的破坏模式由拉伸破坏转为剪切破坏,交叉裂隙加剧岩石破碎程度;主裂隙尖端萌生扩展的拉伸-剪切混合裂缝引起的破坏在岩石破坏中占主导地位,是导致岩体失去承载能力的主控裂纹;混合有限元-离散元仿真软件GPGPU并行化的3D Y-HFDEM IDE在岩石裂纹扩展研究中具有优势,可以捕捉实验室难以发现的损伤断裂类型,可以作为岩石裂纹扩展研究的有力工具。

关键词：交叉裂隙裂纹扩展混合有限-离散元仿真聚合类型起裂应力

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热处理砂岩不同接触角巴西劈裂数值模拟研究

岩土力学 2022年第S02期43卷 588-597页

作者：徐浩淳金爱兵赵怡晴陈哲北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 北京科技大学高等工程师学院北京100083

基于颗粒流程序(particle flow code,PFC),对不同接触角(2α=6°~30°)条件下25~1 000℃砂岩进行巴西劈裂模拟试验,研究其应力分布和破裂模式,并将巴西劈裂与直接拉伸进行对比。研究表明:(1)巴西劈裂中,面接触加载可以降低端部效应,加... 详细信息

基于颗粒流程序(particle flow code,PFC),对不同接触角(2α=6°~30°)条件下25~1 000℃砂岩进行巴西劈裂模拟试验,研究其应力分布和破裂模式,并将巴西劈裂与直接拉伸进行对比。研究表明:(1)巴西劈裂中,面接触加载可以降低端部效应,加载过程中首先在圆盘中部产生拉裂纹,随着荷载的升高,拉裂纹汇集、扩展、贯通。(2)平板点接触巴西劈裂测得的抗拉强度小于直接拉伸强度,其抗拉强度计算公式的修正系数k随温度T的升高线性减小,满足k=-3.303×10^(-4)T+1.468。随着接触角的增大,不同温度处理后巴西圆盘的抗拉强度均呈现出增大的趋势。(3)在2α≥18°时,巴西圆盘可以保证中心起裂;2α=18°~24°时,圆盘在不同温度下破裂模式稳定;在接触角过大(2α=30°)时,圆盘在较低温度(≤600℃)下会形成倾斜裂纹。(4)结合修正系数和破裂模式分析,推荐接触角为18°~24°时,修正系数在0.802 6~0.856 0之间,可以保证所有温度试样中心起裂且破裂模式稳定。

关键词：高温巴西劈裂加载接触角裂纹扩展颗粒流程序

基于LCEM-GFEM方法爆炸载荷作用下含缺陷岩体损伤机理研究

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Journal of Central South University 2024年第2期31卷 496-510页

作者：陈勇王应朋杨玉贵孙文凯孟宁康 State Key Laboratory for Fine Exploration and Intelligent Development of Coal Resources China University of Mining and TechnologyXuzhou 221116China China Coal Consultant International Beijing 100010China State Key Laboratory for Geomechanics and Deep Underground Engineering China University of Mining and TechnologyXuzhou 221008China

在爆破作业过程中,岩体缺陷对裂纹扩展具有显著影响。本研究基于全局有限元方法的局部黏结单元(LCEM-GFEM)方法构建数值模拟模型,研究爆破作用下含缺陷岩体的损伤演化和裂纹扩展模式。通过引入能量传递系数,定量分析了缺陷形态对应力波... 详细信息

在爆破作业过程中,岩体缺陷对裂纹扩展具有显著影响。本研究基于全局有限元方法的局部黏结单元(LCEM-GFEM)方法构建数值模拟模型,研究爆破作用下含缺陷岩体的损伤演化和裂纹扩展模式。通过引入能量传递系数,定量分析了缺陷形态对应力波传播和衰减的影响。结果表明,缺陷形态对岩体的损伤特性和裂纹扩展具有显著影响。随着平行缺陷夹角的增加,爆破诱发的裂缝与衍生裂缝的合并路径从缺陷末端转移到了缺陷中间,能量传递系数增加,分形维度减小。随着平行缺陷之间的水平距离增加,平行缺陷之间的裂缝数目和能量传递系数相应减少。随着垂直缺陷之间的垂直距离增加,穿过缺陷C的主水平裂缝长度增加,能量传递系数和分形维度也增加。研究结果可为受到爆破荷载作用下含缺陷岩体的损伤特征提供指导。

关键词：缺陷岩体 LCEM-GFEM方法裂纹扩展 Cohesive单元分形理论

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初始应力下岩体爆破损伤特性及破裂机理

爆炸与冲击 2023年第10期43卷 150-171页

作者：马泗洲刘科伟杨家彩李旭东郭腾飞中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083

钻爆法在岩体开挖工程中应用广泛,其工作效率与岩体结构及地质环境密切相关。初始应力会显著影响岩体爆破裂纹的扩展行为及破坏特征,导致深部岩体超/欠挖等问题。本文采用理论分析和数值模拟相结合的方法研究了不同初始应力下岩体的爆... 详细信息

钻爆法在岩体开挖工程中应用广泛,其工作效率与岩体结构及地质环境密切相关。初始应力会显著影响岩体爆破裂纹的扩展行为及破坏特征,导致深部岩体超/欠挖等问题。本文采用理论分析和数值模拟相结合的方法研究了不同初始应力下岩体的爆破损伤特性及破裂机理。基于弹性力学建立单孔爆破动静组合理论模型,分析了静态应力分布及动态应力演化特征,揭示了初始应力作用下岩体爆破损伤机制。通过经验公式及动态力学试验对RiedelHiermaier-Thoma(RHT)模型参数进行标定与修正,并结合室内爆破实验及理论结果对数值模型进行验证。此外,在单孔爆破数值模型中分析了爆炸压力演化规律、裂纹扩展行为及分形特征,结果表明数值模拟结果可以较好地论证理论模型的合理性。研究发现:环向拉应力是影响爆破裂纹扩展的重要因素,当初始应力较大时,合理调整环向应力分布可改善岩体爆破碎裂效果,实际工程中可结合预裂技术进行地压调控改变应力分布。

关键词：初始应力岩体爆破理论模型数值模拟裂纹扩展分形维数

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深埋大理岩三轴压缩渐进破坏裂纹扩展特征

工程科学与技术 2024年第3期56卷 21-31页

作者：王悠刘晓辉胡安奎李泓颖邱薛西华大学能源与动力工程学院四川成都610039 西华大学流体及动力机械教育部重点实验室四川成都610039 西华大学流体机械及工程四川省重点实验室四川成都610039

为深入研究深埋大理岩渐进变形破坏过程中的裂纹扩展特征,基于常规三轴室内试验完成数值模拟参数标定,利用PFC3D颗粒流模型对深埋大理岩开展25、50、80 MPa 3种不同围压下的裂纹扩展数值模拟试验,根据大理岩加载过程中微裂纹演化状态参... 详细信息

为深入研究深埋大理岩渐进变形破坏过程中的裂纹扩展特征,基于常规三轴室内试验完成数值模拟参数标定,利用PFC3D颗粒流模型对深埋大理岩开展25、50、80 MPa 3种不同围压下的裂纹扩展数值模拟试验,根据大理岩加载过程中微裂纹演化状态参数定义3种特征应力,并据此开展深埋大理岩渐进破坏过程中的宏、细观破坏特征及其对应裂纹扩展特征的规律研究。结果表明:1)室内试验与数值模拟的应力-应变曲线吻合较好,峰值应力相差较小,破坏形式与室内试验一致,故数值模拟参数标定合理。2)依据总裂纹、张拉裂纹和剪切裂纹扩展数量演化曲线斜率变化规律,将深埋大理岩渐进破坏过程划分为弹性压缩阶段、裂纹稳定扩展阶段、裂纹加速扩展阶段和峰后残余阶段4个阶段,并根据裂纹数量定义3个特征应力点。3)随着围压的增加,深埋大理岩达到起裂应力σci时,裂纹从两端开始萌发;加载至损伤应力σcd点时,裂纹向中间扩展;达到峰值应力σc点时,在宏观破坏面附近扩展、增生;加载至峰值点后70%峰值应力点时,最终形成以剪切破坏为主的贯通宏观破坏面。4)随着围压的增加,裂纹出现的范围更广,贯通性减弱,峰值应力σc点处产生的裂纹对宏观破坏产生的影响更为剧烈,峰后残余阶段张拉裂纹发育更明显。5)加载前期,围压的增长对裂纹数量增长促进作用更强;加载后期促进作用减弱;最终裂纹扩展形成的实际宏观破坏角度大约为210°。

关键词：深埋大理岩围压裂纹扩展渐进破坏细观破坏特征