力-热耦合作用下套管应力瞬态变化研究 被引量：16

1

作者 席岩 柳贡慧 +3 位作者 李军 查春青 连威 李光磊 《石油机械》 2017年第6期8-12,共5页

页岩气井压裂压力高、排量大、时间长,力-热耦合作用明显,力-热耦合作用下套管瞬态应力变化研究较少。基于页岩气水平井压裂工程实际,利用热流固耦合数值算法,对压裂过程中套管温度瞬态变化及力-热耦合作用下套管应力瞬态变化进行计算... 页岩气井压裂压力高、排量大、时间长,力-热耦合作用明显,力-热耦合作用下套管瞬态应力变化研究较少。基于页岩气水平井压裂工程实际,利用热流固耦合数值算法,对压裂过程中套管温度瞬态变化及力-热耦合作用下套管应力瞬态变化进行计算。计算结果表明:压裂过程中,套管温度迅速降低至近恒值温度T_(min),压裂结束后缓慢回升;温度瞬态变化与排量存在显著关系,排量越大,T_(min)越低;力-热耦合作用下,套管瞬态最大应力先升高后降低,最高值出现在压裂初期;套管瞬态应力变化与排量存在显著关系,排量越大,最大应力值越高,套损风险越大。研究结果可为页岩气水平井压裂过程中套损问题影响因素分析提供参考和借鉴。 展开更多

关键词 页岩气 瞬态温度 有限元 热应力 力-热耦合

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水力压裂过程中水平段不同位置处套管应力差异性分析 被引量：9

2

作者 连威 李军 +3 位作者 柳贡慧 席岩 吴利华 陈丽萍 《钻采工艺》 CAS 北大核心 2020年第2期11-14,I0016,共5页

四川长宁-威远地区页岩气井压裂过程中套管变形严重,且套管变形点具有"跟端密集、趾端稀疏"的特点。对压裂过程中水平段不同位置处有效内压分布特征及瞬态温度变化规律的分析,建立套管-水泥环-地层有限元模型,计算力-热耦合... 四川长宁-威远地区页岩气井压裂过程中套管变形严重,且套管变形点具有"跟端密集、趾端稀疏"的特点。对压裂过程中水平段不同位置处有效内压分布特征及瞬态温度变化规律的分析,建立套管-水泥环-地层有限元模型,计算力-热耦合作用下套管应力的变化规律。同时,在统计水平段不同位置处固井质量差异的基础上,研究了固井质量差异对套管应力的影响。结果表明,力-热耦合作用下套管应力先升高后降低,应力峰值较不考虑力-热耦合作用时有显著提升,从跟端向趾端方向上套管应力峰值不断下降;页岩气井跟端附近固井质量相对于其它位置较差,套管应力峰值会进一步增加,跟端套管损坏的风险最大。 展开更多

关键词 页岩气水平井 套管变形位置 力-热耦合 固井质量差异 差异性分析

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冷光学大口径长波红外探测器杜瓦窗口应用设计 被引量：2

3

作者 朱海勇 曾智江 +4 位作者 李雪 季鹏 陈俊林 张启 罗少博 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第14期207-215,共9页

为了提高大口径红外长波相机光学系统的成像质量,对红外长波杜瓦的温度场在不同窗口温度下进行了有限元分析和实验验证,明确了杜瓦窗口温度对探测器杂散光和冷屏热辐射的影响。结果表明,当窗口温度为200 K时,可有效抑制窗口引入的背景... 为了提高大口径红外长波相机光学系统的成像质量,对红外长波杜瓦的温度场在不同窗口温度下进行了有限元分析和实验验证,明确了杜瓦窗口温度对探测器杂散光和冷屏热辐射的影响。结果表明,当窗口温度为200 K时,可有效抑制窗口引入的背景杂散光,满足设计需求。结合窗口工作温度,分析了力、热和力-热耦合对杜瓦窗口厚度、口径等设计参数的影响,并利用Zernike多项式对杜瓦窗口的形变量进行拟合,以调制传递函数和波像差作为评价指标,实现了大口径长波红外杜瓦组件的窗口变形控制。为了减小低温窗口引起的漏热以及确保窗口的可靠性,采用钛合金外壳实现杜瓦的低漏热以及更高强度的力学支撑。分析了厚度和口径分别为4 mm和58 mm的杜瓦窗口在三种工况下的形变对红外相机系统成像质量的影响。 展开更多

关键词 光学设计 红外探测 杜瓦窗口 冷光学设计 力-热耦合 成像质量

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高速铁路钢轨擦伤形成影响因素

4

作者 侯博文 秦家栋 +3 位作者 高亮 马超智 刘秀波 王璞 《交通运输工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第1期132-142,共11页

基于ANSYS显式动力分析建立了三维瞬态轮轨接触力-热耦合有限元模型,考虑了温度对热-弹塑性材料参数的影响;以初始温度30℃、轴重16 t、初始速度300 km·h^(-1)、滑滚比30%工况为例,研究了车轮在经过钢轨典型断面前、中、后3个时刻... 基于ANSYS显式动力分析建立了三维瞬态轮轨接触力-热耦合有限元模型,考虑了温度对热-弹塑性材料参数的影响;以初始温度30℃、轴重16 t、初始速度300 km·h^(-1)、滑滚比30%工况为例,研究了车轮在经过钢轨典型断面前、中、后3个时刻下钢轨踏面的接触压力、有效塑性应变、温度分布及其变化特征;在此基础上,进一步分析了列车轴重、钢轨踏面状态、列车牵引和制动状态对钢轨踏面最大温升与最大接触压力的影响,并基于钢轨马氏体白蚀层的形成机制讨论了钢轨擦伤的形成机理。研究结果表明:在本文计算工况下,钢轨踏面最大接触压力为1 186.43 MPa,出现在接触区中心位置,车轮通过后钢轨内部存在部分残余热应力和机械应力,钢轨最大有效塑性应变为0.028 2,最大温升为554.55℃;随着列车轴重从12 t增大至16 t,钢轨最大温升由339.89℃增大至402.79℃;钢轨踏面摩擦因数由0.2增大至0.6时,钢轨最大温升由230.93℃增大至519.25℃;滑滚比由10%增大至40%时,车轮制动和牵引引起的钢轨最大温升分别由264.52℃和362.10℃增大至700.46℃和819.61℃,相同滑滚比条件下,牵引工况引起的钢轨最大温升大于制动工况引起的钢轨最大温升,其中在滑滚比增大至40%时,制动和牵引状态下钢轨踏面最高温度分别为700.46℃和819.61℃,钢轨最大温升均超过相变温度,可导致钢轨踏面产生马氏体白蚀层,从而形成钢轨踏面擦伤。 展开更多

关键词 高速铁路 钢轨擦伤 力-热耦合 滑滚比 钢轨马氏体 显式动力学

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瞬态力—热耦合作用下套管应力影响因素分析 被引量：1

5

作者 张慧 李军 +2 位作者 韩葛伟 张鑫 张小军 《石油管材与仪器》 2020年第4期73-76,81,共5页

页岩气井压裂过程中出现的套管变形问题已经成为制约我国页岩气高效开发的重要因素。在页岩气水平井固井时常出现套管偏心现象,且页岩气井压裂改造次数多、井下温度场变化大,套管承受复杂的交变载荷。基于此建立套管偏心情况下的力-热... 页岩气井压裂过程中出现的套管变形问题已经成为制约我国页岩气高效开发的重要因素。在页岩气水平井固井时常出现套管偏心现象,且页岩气井压裂改造次数多、井下温度场变化大,套管承受复杂的交变载荷。基于此建立套管偏心情况下的力-热耦合模型,分析了注液温度、压力、排量等因素对套管应力的影响。计算结果表明:压裂过程中,套管温度先迅速降低,然后逐渐稳定;套管内壁最大应力随偏心角的增大而增大;注液温度越低,井底温度下降越快,导致套管最大应力增大;在力-热耦合条件下,套管内壁的最大应力随着压力的增大而增大;排量增加,传热系数增大,套管最大应力也随之增大。 展开更多

关键词 页岩气 套管变形 有限元 套管偏心 力-热耦合

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搅拌摩擦焊温度场 被引量：33

6

作者 史清宇 王细波 +1 位作者 康旭 孙延军 《清华大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第7期980-983,988,共5页

搅拌摩擦焊接过程中温度场的分布对焊缝成形质量具有重要的影响。该文结合数值模拟和实验方法,研究搅拌摩擦焊接过程的温度场。基于ALE(arbitrary Lagrangian-Eulerian)方法建立完全热-力耦合的有限元模型,对搅拌摩擦焊接过程开展数值仿... 搅拌摩擦焊接过程中温度场的分布对焊缝成形质量具有重要的影响。该文结合数值模拟和实验方法,研究搅拌摩擦焊接过程的温度场。基于ALE(arbitrary Lagrangian-Eulerian)方法建立完全热-力耦合的有限元模型,对搅拌摩擦焊接过程开展数值仿真,同时在模型中考虑塑性变形产热。选取两组不同工艺参数(旋转速度分别为600 r/min和800 r/min)对温度场的分布进行计算,并在相同的工艺参数下测量焊接过程中距焊缝不同位置处的峰值温度。数值模拟和实验对比结果表明:该模型能准确地模拟搅拌摩擦焊接过程中的准稳态温度分布情况;搅拌摩擦焊峰值温度低于材料的固相线;焊缝前进侧温度稍高于后退侧。 展开更多

关键词 搅拌摩擦焊 有限元模拟 完全力-热耦合模型 温度场

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光学窗口厚度设计及形变对相机性能影响 被引量：26

7

作者 方煜 相里斌 +1 位作者 吕群波 景娟娟 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第4期212-217,共6页

从断裂力学的角度进行分析,在考察断裂强度的基础上,对机载多光谱相机光学窗口的厚度进行了详细的设计。相关分析解决了光学窗口厚度的工程设计问题,使光学窗口的设计更加合理可靠。同时,结合窗口工作环境,利用有限元方法计算其稳态温... 从断裂力学的角度进行分析,在考察断裂强度的基础上,对机载多光谱相机光学窗口的厚度进行了详细的设计。相关分析解决了光学窗口厚度的工程设计问题,使光学窗口的设计更加合理可靠。同时,结合窗口工作环境,利用有限元方法计算其稳态温度场分布,再结合分析结果中的温度载荷和相关的广义力载荷,计算光学窗口在力热耦合情况下玻璃表面的变形。利用Zernike多项式对最终变形值进行拟合,得到变形后的光学窗口面形,输入到Zemax软件中,以波像差和调制传递函数(MTF)作为光学系统成像质量评价指标,分析了在这种工作环境下光学窗口变形对多光谱相机光学性能的影响。结果表明,在已知的环境条件下,窗口变形对系统成像质量的影响可以忽略。 展开更多

关键词 光学设计 光学窗口 断裂力学 玻璃厚度 力-热耦合分析 ZERNIKE多项式

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瞬态力-热耦合作用下水泥环形态对套管应力的影响 被引量：17

8

作者 席岩 李军 +3 位作者 柳贡慧 查春青 秦曦 严攀 《断块油气田》 CAS 北大核心 2017年第5期700-704,共5页

基于页岩气水平井压裂工程实际,采用解析法与数值法结合的方式,建立了压裂过程中井筒温度场计算模型和套管偏心、水泥环缺失有限元模型,据此研究瞬态力-热耦合作用下的水泥环形态对套管应力的影响。结果显示:1)页岩气井压裂过程中瞬态力... 基于页岩气水平井压裂工程实际,采用解析法与数值法结合的方式,建立了压裂过程中井筒温度场计算模型和套管偏心、水泥环缺失有限元模型,据此研究瞬态力-热耦合作用下的水泥环形态对套管应力的影响。结果显示:1)页岩气井压裂过程中瞬态力-热耦合作用显著提高了套管应力;套管应力呈先升高后降低的动态变化,最大应力值出现在压裂初期。2)水泥环完整或套管偏心时,瞬态力-热耦合作用降低了套管应力周向分布不均匀差异;水泥环缺失时,套管应力随着缺失角、偏心距的增大而提高。研究结果对于精确计算页岩气井压裂过程中的套管应力具有重要意义。 展开更多

关键词 页岩气井 套管变形 井筒温度场 瞬态温度力-热耦合 水泥环形态

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超声椭圆振动切削钛合金切削力特性研究 被引量：13

9

作者 童景琳 卫官 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2019年第9期208-215,共8页

利用超声椭圆振动切削(UEVC)对TC4钛合金切削力特性进行了研究。基于ABAQUS力-热耦合模型分析了超声椭圆振动切削钛合金的瞬态切削过程,模拟在不同切深和切削速度下的瞬态切削情况,提取和对比普通切削(CC)和超声椭圆振动切削的主切削力... 利用超声椭圆振动切削(UEVC)对TC4钛合金切削力特性进行了研究。基于ABAQUS力-热耦合模型分析了超声椭圆振动切削钛合金的瞬态切削过程,模拟在不同切深和切削速度下的瞬态切削情况,提取和对比普通切削(CC)和超声椭圆振动切削的主切削力,进而进行数据处理,分析两者主切削力对比情况和平均主切削力之差的变化。研究分析表明:在椭圆振动切削下,切削力减小比率随着切深的增加而减小,随着切削速度的增大而增大。最后进行试验验证,实验结论与仿真结果一致。对超声振动切削难加工材料钛合金时切削用量的选择提供了参考。 展开更多

关键词 超声椭圆振动切削 钛合金力-热耦合 切削力 切削用量 降低比率

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瞬态力-热耦合作用下水泥环完整性分析 被引量：12

10

作者 席岩 李军 +2 位作者 柳贡慧 查春青 严攀 《石油钻采工艺》 CAS CSCD 北大核心 2017年第4期417-423,共7页

页岩气井工程实践表明,套管压裂易导致水泥环完整性发生破坏出现环空带压。基于套管压裂工程实际,建立井筒温度场模型和套管-水泥环-地层组合体有限元模型,采用解析法和数值法结合方式,计算页岩气井压裂过程中瞬态力-热耦合对水泥环应... 页岩气井工程实践表明,套管压裂易导致水泥环完整性发生破坏出现环空带压。基于套管压裂工程实际,建立井筒温度场模型和套管-水泥环-地层组合体有限元模型,采用解析法和数值法结合方式,计算页岩气井压裂过程中瞬态力-热耦合对水泥环应力大小、分布影响规律。结果表明:压裂过程中水泥环内外壁温差先增大后减小,压裂初近内壁处存在陡峭温度梯度,易导致内壁应力显著提高;瞬态力-热耦合作用导致水泥环内壁应力大幅提升,加剧了水泥环完整性失效的风险,压裂初期为水泥环易发生损坏的"风险段";水泥环内壁最大应力随着时间变化,易产生"多裂纹"形态,加剧环空带压。研究结果可为页岩气井压裂过程中水泥环完整性设计控制提供参考。 展开更多

关键词 页岩气 压裂 环空带压 水泥环 瞬态力-热耦合 完整性

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一种空间相机热控调焦机构的设计与分析 被引量：3

11

作者 李泽坤 吕群波 李伟艳 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第4期22-29,共8页

为满足空间相机成像质量的要求,设计了一种热控调焦机构来修正离焦量.首先,根据光学系统确定调焦方式,并通过驱动次镜沿光轴方向移动的方式设计了调焦机构,该结构占用空间小且质量较轻.然后,根据调焦需求,选取热膨胀系数较高的铝作为主... 为满足空间相机成像质量的要求,设计了一种热控调焦机构来修正离焦量.首先,根据光学系统确定调焦方式,并通过驱动次镜沿光轴方向移动的方式设计了调焦机构,该结构占用空间小且质量较轻.然后,根据调焦需求,选取热膨胀系数较高的铝作为主要材料,采用在镜座背面贴加热片等措施保证次镜在恒温下工作,并通过有限元方法对调焦机构性能进行了建模分析.最后,对调焦机构工作状态进行分析验证,利用Zernike多项式对其工作时所产生温度变化引起的镜面变形进行拟合,把变形后的面形输入到Zemax软件中,以调制传递函数作为光学系统成像质量评价指标,分析了调焦机构在正常工作时次镜面形变化对相机成像质量的影响.结果表明,调焦机构符合设计指标,且工作时次镜面形的变化对光学系统成像质量的影响可以忽略,与传统调焦机构相比,具有质量轻、结构简单等优点. 展开更多

关键词 空间相机 调焦结构 有限元 力-热耦合分析 ZERNIKE多项式

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高速电主轴力-热耦合特性建模 被引量：3

12

作者 王书亭 陈凤姣 +1 位作者 刘涛 苟卫东 《华中科技大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第10期1-5,共5页

针对高速电主轴工作在力热耦合状态下,结合部刚度、阻尼、热阻等物理参数确定及结合部的精确计算困难等问题,采用分形接触理论和赫兹接触理论,研究了高速电主轴固定结合部和可动结合部的力-热耦合特性,建立了高速电主轴结构界面的物理... 针对高速电主轴工作在力热耦合状态下,结合部刚度、阻尼、热阻等物理参数确定及结合部的精确计算困难等问题,采用分形接触理论和赫兹接触理论,研究了高速电主轴固定结合部和可动结合部的力-热耦合特性,建立了高速电主轴结构界面的物理表征方法.在此基础上,提出了一种考虑结合部特性的高速电主轴力-热耦合建模及其数值方法,并结合机床高速电主轴实验测试,验证了该方法的有效性. 展开更多

关键词 高速电主轴 结合部 物理表征 力-热耦合建模 数值方法

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铣刀片力-热耦合物理场有限元分析与模糊综合评判 被引量：1

13

作者 孙宝军 《机械制造》 2007年第7期48-50,共3页

为获得切削性能更优良的可转位铣刀片槽型,从而改善铣刀片的力-热耦合综合物理场,进行了铣削温度试验和铣削力试验,以铣削时刀片的装夹状况和试验所获得的数据为边界条件,对带有三维槽型的波形刃铣刀片和平刀片分别进行了力-热耦合物理... 为获得切削性能更优良的可转位铣刀片槽型,从而改善铣刀片的力-热耦合综合物理场,进行了铣削温度试验和铣削力试验,以铣削时刀片的装夹状况和试验所获得的数据为边界条件,对带有三维槽型的波形刃铣刀片和平刀片分别进行了力-热耦合物理场有限元分析。基于模糊数学理论,建立了铣刀片耦合场的模糊综合评判模型,对两种铣刀片的力-热耦合物理场进行了模糊综合评判。结果表明,优化铣刀片前刀面的槽型可明显改善切削性能。 展开更多

关键词 模糊综合评判 有限元分析 力-热耦合物理场 三维槽型

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力-热耦合作用下钛膜的破坏行为实验研究

14

作者 薛秀丽 王世斌 李林安 《实验力学》 CSCD 北大核心 2014年第6期689-694,共6页

金属薄膜/聚合物基底（尤其是温度敏感型的聚合物）结构在外力和加热影响下的力学性能变化直接影响到器件的功能和使用寿命。通过光学显微镜原位观察钛膜/有机玻璃基底结构在力-热（20-44℃）耦合作用下的薄膜表、界面响应。在外部轴向... 金属薄膜/聚合物基底（尤其是温度敏感型的聚合物）结构在外力和加热影响下的力学性能变化直接影响到器件的功能和使用寿命。通过光学显微镜原位观察钛膜/有机玻璃基底结构在力-热（20-44℃）耦合作用下的薄膜表、界面响应。在外部轴向压力作用下,薄膜会发生垂直于加载方向的屈曲。保持试件的加载端边界位移不变,对其进行加热,薄膜会出现垂直于屈曲方向的横向裂纹。通过分析发现薄膜产生横向裂纹的原因为：力-热耦合作用促使聚合物基底在非加载端方向的拉应变增大。在不同长度的薄膜裂纹段上,较长裂纹段中心部位上受到基底传递的拉应力较大,产生再次断裂的可能性较高。 展开更多

关键词 薄膜 屈曲 断裂 力-热耦合作用

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基于ABAQUS单颗磨粒磨削螺旋锥齿轮有限元分析

15

作者 从宝刚 韦尧兵 +2 位作者 刘俭辉 吕鑫 程金辉 《机械设计与制造工程》 2020年第7期19-24,共6页

螺旋锥齿轮的磨削加工是一个复杂的过程,对单颗磨粒磨削工件的过程进行仿真研究对研究螺旋锥齿轮复杂的磨削过程具有重要意义。利用有限元分析软件ABAQUS建立单颗磨粒磨削加工螺旋锥齿轮的二维正交仿真模型,根据Johnson-Cook力-热耦合... 螺旋锥齿轮的磨削加工是一个复杂的过程,对单颗磨粒磨削工件的过程进行仿真研究对研究螺旋锥齿轮复杂的磨削过程具有重要意义。利用有限元分析软件ABAQUS建立单颗磨粒磨削加工螺旋锥齿轮的二维正交仿真模型,根据Johnson-Cook力-热耦合数学本构模型建立45钢在一维应力状态下的本构方程,对单颗磨粒磨削过程进行仿真,分析磨屑的形成过程以及对工件表面质量的影响,得到工件在磨削过程中的等效塑性应变云图、应力云图与温度图;探究磨削过程中不同磨削速度、磨削深度参数对等效应力的影响,结果表明,磨削深度是影响螺旋锥齿轮磨削表面质量的重要因素;定性分析了磨削后工件表面的残余应力,为螺旋锥齿轮磨削表面质量的研究提供了理论依据。 展开更多

关键词 螺旋锥齿轮 ABAQUS仿真 Johnson-Cook力-热耦合 磨削深度 等效应力

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