先進(jìn)高強度鋼斷裂失效的預(yù)測與數(shù)值模擬

先進(jìn)高強度鋼(AHSS)是目前最具潛力的汽車輕量化材料，然而其相對較低的延伸率導(dǎo)致的成型或碰撞過程中發(fā)生的早期斷裂，妨礙了它的廣泛應(yīng)用。汽車和鋼鐵工業(yè)界迫切需要可靠的斷裂預(yù)測和數(shù)值模擬方法，應(yīng)用于AHSS部件成型和碰撞安全性設(shè)計中的斷裂預(yù)測和控制。AHSS板料為各向異性材料，在成型和碰撞過程中的復(fù)雜載荷歷程和高應(yīng)變率顯著影響了其斷裂特性。本項目研究復(fù)雜載荷歷程和高應(yīng)變率條件下AHSS板料的各向異性斷裂特性和數(shù)值模擬方法，建立其各向異性塑性本構(gòu)模型、宏觀斷裂準(zhǔn)則和相應(yīng)的用戶自定義材料模型子程序，開發(fā)高效的殼單元分割算法，應(yīng)用于基于大規(guī)模殼單元的成型和碰撞仿真分析，最終實現(xiàn)AHSS部件成型和碰撞安全性設(shè)計中斷裂失效的預(yù)測和數(shù)值模擬。本項目屬固體力學(xué)、計算力學(xué)和材料科學(xué)交叉前沿課題，具有理論深度和難度，又可滿足汽車和鋼鐵工業(yè)的迫切需要，推動AHSS在汽車輕量化領(lǐng)域的應(yīng)用，因而具有重要研究價值。 2100433B

產(chǎn)量預(yù)測通常是油藏一體化研究的最后一步。本質(zhì)上這一工作的目的就是具體給出可視化的在不同開發(fā)策略下未來油田的表現(xiàn), 以及為項目的經(jīng)濟(jì)評估建立生產(chǎn)曲線。

一體化研究隊伍的所有努力, 包括油藏描述及模擬, 在這一階段會聚在一起, 對最好的開發(fā)策略必須進(jìn)行分析, 并最終提交給管理層短期、中期和長期的開發(fā)方案?？紤]到這項技術(shù)存在復(fù)雜性, 模擬模型所給出的產(chǎn)量對于每一種情況都會有所不同, 簡單的預(yù)測研究幾天就可以完成, 但是對于比較復(fù)雜的研究, 根據(jù)模型的大小和其復(fù)雜程度, 所執(zhí)行的油氣井管理程序和所要進(jìn)行預(yù)測的次數(shù)等情況的不同, 可能會花費幾個月的時間。

獲得了好的、可以接受的歷史擬合后，就可利用該模型來預(yù)測油氣藏未來的生產(chǎn)動態(tài)。預(yù)測的內(nèi)容包括：原油、天然氣和水的產(chǎn)量，氣油比與油水比的動態(tài)，油藏壓力的變化動態(tài)，液體前緣位置，對井設(shè)備和修井的要求，區(qū)域采出程度，估計油氣藏最終采收率等。預(yù)測的結(jié)果將作為我們進(jìn)行開發(fā)與管理決策的重要依據(jù)。這里所指出的是，動態(tài)預(yù)測的準(zhǔn)確性，明顯地取決于我們采用的模型的正確性和油藏描述的準(zhǔn)確性與完整性。因此，花一定的時間與精力對模擬的結(jié)果進(jìn)行評估，判斷它是否達(dá)到了預(yù)期的研究目的，是十分必要的。

第一步是確定要預(yù)測的具體方案。預(yù)測方案的界定要從預(yù)測階段的一開始就進(jìn)行, 但需要注意的是, 隨著研究工作的進(jìn)展, 根據(jù)前面預(yù)測方案運行的結(jié)果, 可界定更多的預(yù)測方案。預(yù)測方案的數(shù)量及類型顯然取決于具體研究的要求和時間要求, 但在實踐中, 一般先定義一個基本預(yù)測方案。這一基本預(yù)測方案應(yīng)與油田在普遍生產(chǎn)條件下進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)的狀態(tài)相對應(yīng), 而且作為基準(zhǔn), 隨后的所有預(yù)測結(jié)果都應(yīng)與它相比較。

對以后預(yù)測方案的界定都應(yīng)以改善生產(chǎn)及注入曲線為目的, 也就是要提高最終采收率及加速開發(fā)現(xiàn)有儲量。所以, 應(yīng)測試大量的預(yù)測方案( 加密井鉆井、實施二次采油項目等) , 同時還要考慮到現(xiàn)有(未來) 的基礎(chǔ)設(shè)施、注入流體( 水、氣、CO2 等) , 以及各種財政上的限制等各種條件。前幾個階段的研究成果應(yīng)能提供一個相互一致的基礎(chǔ), 以便對可能的建議進(jìn)行初步的篩選。

任何時候確定一個預(yù)測方案的工作都是應(yīng)該與管理層、經(jīng)濟(jì)學(xué)者、生產(chǎn)和設(shè)備等部門密切合作。這將保證不會在那些不現(xiàn)實的預(yù)測方案的模擬上浪費時間。

為了能夠模擬油田未來的生產(chǎn),這些原則應(yīng)同時適用于地面設(shè)施及每口井。這些原則就是準(zhǔn)則或約束條件, 它代表了油田預(yù)計的生產(chǎn)條件。地表限定條件一般包括最大油氣水產(chǎn)量、注水或注入量及壓力、最小油管壓力和最大氣油比。單井的限定條件為最大油水比、氣油比或總產(chǎn)液量及最小產(chǎn)油量。現(xiàn)代模擬軟件可以靈活地設(shè)定生產(chǎn)條件。

采用巖石破壞過程分析系統(tǒng)(RFPA2D)，通過對斷裂應(yīng)力場數(shù)值模擬分析，表明構(gòu)造應(yīng)力場條件下含斷裂巖體的 聲發(fā)射的能量最大值和累計值都遠(yuǎn)大于重力場，說明構(gòu)造應(yīng)力場條件下巖體應(yīng)力高于重力場。通過對北票礦區(qū)淺源地震的分析，認(rèn)為現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力場和斷裂對礦震等地質(zhì)動力災(zāi)害的發(fā)生起控制作用。一般說來，斷裂的活動性及應(yīng)力場性質(zhì)不同，地質(zhì)動力災(zāi)害發(fā)生的強度和頻度也不同。

斷裂應(yīng)力力學(xué)參數(shù)

為進(jìn)行模擬應(yīng)力場的對比分析，在重力場條件下 ,設(shè)模型內(nèi)無斷裂，外部載荷按金尼克方法計算，約為巖體自重應(yīng)力γH的1～1/3。在構(gòu)造應(yīng)力場條件下，外部載荷選取，按實測地應(yīng)力資料統(tǒng)計給出，為巖體自重應(yīng)力γH的1.5～3倍。模型內(nèi)含有斷裂，在斷裂處，介質(zhì)是不均勻的，斷裂附近的應(yīng)力大小和方向都將發(fā)生較大變化。對斷裂帶的力學(xué)參數(shù)，采用弱化斷裂內(nèi)介質(zhì)的方法處理斷裂帶。根據(jù)實驗結(jié)果，Ⅰ級斷裂帶的彈性模量和抗壓強度取正常巖體力學(xué)參數(shù)的1/10，其它級別斷裂取1/5。

斷裂應(yīng)力斷裂幾何參數(shù)確定

從地質(zhì)研究上看，中國大型斷裂的寬度可達(dá)40km(郯廬斷裂魯北段),而研究中的斷裂有時就是某一條斷層，寬度可以小到幾米。因此，僅用某一斷面露頭的寬度來表示某一斷裂的寬度是不合適的。斷裂常常表現(xiàn)為一系列規(guī)模不等的近于平行的斷 層或構(gòu)造弱化帶。所以，斷裂越大、越深，它的寬度就越大。從理論上講，利用高精度儀器，布設(shè)小間距的地球物理探測網(wǎng)可以揭示斷裂帶的實際寬度，但對于礦區(qū)局部區(qū)域的斷裂(級別低，規(guī)模小),還沒有這方面的資料。為此 ,斷裂寬度根據(jù)上述推斷、斷裂級別和計算要求進(jìn)行處理。確定Ⅰ級斷裂寬1000m，Ⅱ級斷裂寬500m，Ⅲ級斷裂寬200m，Ⅳ級斷裂寬100m，Ⅴ級斷裂寬50m。

前言

作者簡介

目錄

第一章 緒論

第二章 混凝土損傷與斷裂的數(shù)值模型

第三章 數(shù)值模型的參數(shù)研究及其驗證

第四章 混凝土拉伸斷裂的數(shù)值模擬

第五章 混凝土剪切斷裂的數(shù)值模擬

第六章 數(shù)值模型的優(yōu)點及其應(yīng)用

主要參考文獻(xiàn) 2100433B