先進高強度鋼斷裂失效的預測與數(shù)值模擬基本信息

先進高強度鋼(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，妨礙了它的廣泛應用。汽車和鋼鐵工業(yè)界迫切需要可靠的斷裂預測和數(shù)值模擬方法，應用于AHSS部件成型和碰撞安全性設計中的斷裂預測和控制。AHSS板料為各向異性材料，在成型和碰撞過程中的復雜載荷歷程和高應變率顯著影響了其斷裂特性。本項目研究復雜載荷歷程和高應變率條件下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模型、宏觀斷裂準則和相應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計中斷裂失效的預測和數(shù)值模擬。本項目屬固體力學、計算力學和材料科學交叉前沿課題，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在汽車輕量化領域的應用，因而具有重要研究價值。 2100433B

產(chǎn)量預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]到這項技術存在復雜性, 模擬模型所給出的產(chǎn)量對于每一種情況都會有所不同, 簡單的預測研究幾天就可以完成, 但是對于比較復雜的研究, 根據(jù)模型的大小和其復雜程度, 所執(zhí)行的油氣井管理程序和所要進行預測的次數(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測油氣藏未來的生產(chǎn)動態(tài)。預測的內(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。預測的結果將作為我們進行開發(fā)與管理決策的重要依據(jù)。這里所指出的是，動態(tài)預測的準確性，明顯地取決于我們采用的模型的正確性和油藏描述的準確性與完整性。因此，花一定的時間與精力對模擬的結果進行評估，判斷它是否達到了預期的研究目的，是十分必要的。

第一步是確定要預測的具體方案。預測方案的界定要從預測階段的一開始就進行, 但需要注意的是, 隨著研究工作的進展, 根據(jù)前面預測方案運行的結果, 可界定更多的預測方案。預測方案的數(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測方案。這一基本預測方案應與油田在普遍生產(chǎn)條件下進行連續(xù)生產(chǎn)的狀態(tài)相對應, 而且作為基準, 隨后的所有預測結果都應與它相比較。

對以后預測方案的界定都應以改善生產(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, 應測試大量的預測方案( 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) 的基礎設施、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能提供一個相互一致的基礎, 以便對可能的建議進行初步的篩選。

任何時候確定一個預測方案的工作都是應該與管理層、經(jīng)濟學者、生產(chǎn)和設備等部門密切合作。這將保證不會在那些不現(xiàn)實的預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),這些原則應同時適用于地面設施及每口井。這些原則就是準則或約束條件, 它代表了油田預計的生產(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)，通過對斷裂應力場數(shù)值模擬分析，表明構造應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大于重力場，說明構造應力場條件下巖體應力高于重力場。通過對北票礦區(qū)淺源地震的分析，認為現(xiàn)今構造應力場和斷裂對礦震等地質(zhì)動力災害的發(fā)生起控制作用。一般說來，斷裂的活動性及應力場性質(zhì)不同，地質(zhì)動力災害發(fā)生的強度和頻度也不同。

斷裂應力力學參數(shù)

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

斷裂應力斷裂幾何參數(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)點及其應用

主要參考文獻 2100433B