先进高强度钢断裂失效的预测与数值模拟项目摘要

先进高强度钢(AHSS)是目前最具潜力的汽车轻量化材料，然而其相对较低的延伸率导致的成型或碰撞过程中发生的早期断裂，妨碍了它的广泛应用。汽车和钢铁工业界迫切需要可靠的断裂预测和数值模拟方法，应用于AHSS部件成型和碰撞安全性设计中的断裂预测和控制。AHSS板料为各向异性材料，在成型和碰撞过程中的复杂载荷历程和高应变率显著影响了其断裂特性。本项目研究复杂载荷历程和高应变率条件下AHSS板料的各向异性断裂特性和数值模拟方法，建立其各向异性塑性本构模型、宏观断裂准则和相应的用户自定义材料模型子程序，开发高效的壳单元分割算法，应用于基于大规模壳单元的成型和碰撞仿真分析，最终实现AHSS部件成型和碰撞安全性设计中断裂失效的预测和数值模拟。本项目属固体力学、计算力学和材料科学交叉前沿课题，具有理论深度和难度，又可满足汽车和钢铁工业的迫切需要，推动AHSS在汽车轻量化领域的应用，因而具有重要研究价值。 2100433B

产量预测通常是油藏一体化研究的最后一步。本质上这一工作的目的就是具体给出可视化的在不同开发策略下未来油田的表现, 以及为项目的经济评估建立生产曲线。

一体化研究队伍的所有努力, 包括油藏描述及模拟, 在这一阶段会聚在一起, 对最好的开发策略必须进行分析, 并最终提交给管理层短期、中期和长期的开发方案。考虑到这项技术存在复杂性, 模拟模型所给出的产量对于每一种情况都会有所不同, 简单的预测研究几天就可以完成, 但是对于比较复杂的研究, 根据模型的大小和其复杂程度, 所执行的油气井管理程序和所要进行预测的次数等情况的不同, 可能会花费几个月的时间。

获得了好的、可以接受的历史拟合后，就可利用该模型来预测油气藏未来的生产动态。预测的内容包括：原油、天然气和水的产量，气油比与油水比的动态，油藏压力的变化动态，液体前缘位置，对井设备和修井的要求，区域采出程度，估计油气藏最终采收率等。预测的结果将作为我们进行开发与管理决策的重要依据。这里所指出的是，动态预测的准确性，明显地取决于我们采用的模型的正确性和油藏描述的准确性与完整性。因此，花一定的时间与精力对模拟的结果进行评估，判断它是否达到了预期的研究目的，是十分必要的。

第一步是确定要预测的具体方案。预测方案的界定要从预测阶段的一开始就进行, 但需要注意的是, 随着研究工作的进展, 根据前面预测方案运行的结果, 可界定更多的预测方案。预测方案的数量及类型显然取决于具体研究的要求和时间要求, 但在实践中, 一般先定义一个基本预测方案。这一基本预测方案应与油田在普遍生产条件下进行连续生产的状态相对应, 而且作为基准, 随后的所有预测结果都应与它相比较。

对以后预测方案的界定都应以改善生产及注入曲线为目的, 也就是要提高最终采收率及加速开发现有储量。所以, 应测试大量的预测方案( 加密井钻井、实施二次采油项目等) , 同时还要考虑到现有(未来) 的基础设施、注入流体( 水、气、CO2 等) , 以及各种财政上的限制等各种条件。前几个阶段的研究成果应能提供一个相互一致的基础, 以便对可能的建议进行初步的筛选。

任何时候确定一个预测方案的工作都是应该与管理层、经济学者、生产和设备等部门密切合作。这将保证不会在那些不现实的预测方案的模拟上浪费时间。

为了能够模拟油田未来的生产,这些原则应同时适用于地面设施及每口井。这些原则就是准则或约束条件, 它代表了油田预计的生产条件。地表限定条件一般包括最大油气水产量、注水或注入量及压力、最小油管压力和最大气油比。单井的限定条件为最大油水比、气油比或总产液量及最小产油量。现代模拟软件可以灵活地设定生产条件。

采用岩石破坏过程分析系统(RFPA2D)，通过对断裂应力场数值模拟分析，表明构造应力场条件下含断裂岩体的 声发射的能量最大值和累计值都远大于重力场，说明构造应力场条件下岩体应力高于重力场。通过对北票矿区浅源地震的分析，认为现今构造应力场和断裂对矿震等地质动力灾害的发生起控制作用。一般说来，断裂的活动性及应力场性质不同，地质动力灾害发生的强度和频度也不同。

断裂应力力学参数

为进行模拟应力场的对比分析，在重力场条件下 ,设模型内无断裂，外部载荷按金尼克方法计算，约为岩体自重应力γH的1～1/3。在构造应力场条件下，外部载荷选取，按实测地应力资料统计给出，为岩体自重应力γH的1.5～3倍。模型内含有断裂，在断裂处，介质是不均匀的，断裂附近的应力大小和方向都将发生较大变化。对断裂带的力学参数，采用弱化断裂内介质的方法处理断裂带。根据实验结果，Ⅰ级断裂带的弹性模量和抗压强度取正常岩体力学参数的1/10，其它级别断裂取1/5。

断裂应力断裂几何参数确定

从地质研究上看，中国大型断裂的宽度可达40km(郯庐断裂鲁北段),而研究中的断裂有时就是某一条断层，宽度可以小到几米。因此，仅用某一断面露头的宽度来表示某一断裂的宽度是不合适的。断裂常常表现为一系列规模不等的近于平行的断 层或构造弱化带。所以，断裂越大、越深，它的宽度就越大。从理论上讲，利用高精度仪器，布设小间距的地球物理探测网可以揭示断裂带的实际宽度，但对于矿区局部区域的断裂(级别低，规模小),还没有这方面的资料。为此 ,断裂宽度根据上述推断、断裂级别和计算要求进行处理。确定Ⅰ级断裂宽1000m，Ⅱ级断裂宽500m，Ⅲ级断裂宽200m，Ⅳ级断裂宽100m，Ⅴ级断裂宽50m。

前言

作者简介

目录

第一章 绪论

第二章 混凝土损伤与断裂的数值模型

第三章 数值模型的参数研究及其验证

第四章 混凝土拉伸断裂的数值模拟

第五章 混凝土剪切断裂的数值模拟

第六章 数值模型的优点及其应用

主要参考文献 2100433B