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机器学习与计算力学的结合及应用初探
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作者 李想 严子铭 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第7期635-648,共14页
自20世纪50年代以来,随着计算机科学的不断进步,机器学习和数据科学得到了长足发展.这些技术一般依靠大量数据作支撑,通过训练过程提取出蕴藏在数据内部的抽象映射关系,目前已被成功应用于化学、生物等自然科学研究领域.近年来,这些技... 自20世纪50年代以来,随着计算机科学的不断进步,机器学习和数据科学得到了长足发展.这些技术一般依靠大量数据作支撑,通过训练过程提取出蕴藏在数据内部的抽象映射关系,目前已被成功应用于化学、生物等自然科学研究领域.近年来,这些技术也逐渐受到计算力学领域研究者的关注.本文结合作者的相关研究成果介绍了机器学习、数据科学与计算力学相结合的3种形式:第一种是与有限元方程求解方面的结合,直接应用卷积神经网络算法求解线性有限元方程;第二种方式结合有限元计算和机器学习预测复杂材料结构与力学性能的关系.本文作者应用该方法基于细观页岩扫描照片和随机建模算法,成功训练出可以有效预测细观页岩样本等效模量的卷积神经网络;第三种方式是建立基于数据驱动的计算力学方法,比如直接利用真实的材料实验数据代替材料本构模型.这些工作显示了机器学习、数据驱动在处理材料的力学实验数据、设计新型材料以及创建更高效的计算力学模型方面的广阔前景.随着计算力学的发展,未来将可能出现更多将数据科学、机器学习与计算力学相结合的应用场景,进一步开发出更加强健、高效和保真的计算力学方法. 展开更多
关键词 机器学习 数据驱动 人工神经网络 计算力学 有限单元法
页岩气开采中的若干力学前沿问题 预览 被引量:1
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作者 刘曰武 高大鹏 +24 位作者 李奇 万义钊 段文杰 曾霞光 李明耀 苏业旺 范永波 李世海 鲁晓兵 周东 陈伟民 傅一钦 姜春晖 侯绍继 潘利生 魏小林 胡志明 端祥刚 高树生 沈瑞 常进 李晓雁 魏宇杰 郑哲敏 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2019年第1期1-236,共236页
页岩气的开采涉及破裂和收集输运两个关键过程.如何实现2000 m以下、复杂地应力作用下、多相复杂介质组分的页岩层内网状裂纹的形成,同时将孔洞、缝隙中的游离、吸附气体进行高效收集,涉及到诸多的核心力学问题.这一工程过程涵盖了力学... 页岩气的开采涉及破裂和收集输运两个关键过程.如何实现2000 m以下、复杂地应力作用下、多相复杂介质组分的页岩层内网状裂纹的形成,同时将孔洞、缝隙中的游离、吸附气体进行高效收集,涉及到诸多的核心力学问题.这一工程过程涵盖了力学前沿研究的诸多领域:介质和裂纹从纳米尺度到千米尺度的空间跨越,游离、吸附气体输运过程中微秒以下的时间尺度事件到历经数年开采的时间尺度跨越,不同尺度上流体固体的相互作用,以及压裂过程中通过监测信息反演内部破坏状态等.针对近年来我们国家页岩气勘探开发工作所取得的成就及后续发展中面临的前沿力学问题,在综合介绍页岩气藏的基本特征和开发技术的基础上,以页岩气开采中的若干力学前沿问题为主线,从页岩力学性质及其表征方法、页岩气藏实验模拟技术、页岩气微观流动机制及流固耦合特征、水力压裂过程数值模拟方法、水力压裂过程微地震监测技术、高效环保的无水压裂技术等6个方面的最新研究进展进行了总结和展望,结合页岩气藏开发的工程实践,深入探究了其中力学关键问题,以期对从事页岩气领域的开发和研究的从业人员提供理论基础,同时,该方面的内容对力学学科、尤其是岩土力学领域的科研工作也具有重要指导价值. 展开更多
关键词 页岩气 压裂 力学性质 数值模拟 监测技术 渗流
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基于三维头部数值模型的颅脑碰撞损伤机理研究 预览
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作者 栗志杰 由小川 +2 位作者 庄茁 杨策 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2019年第5期246-256,共11页
头部碰撞载荷会致使颅脑发生创伤性脑损伤(Traumatic Brain Injury, TBI)。其中,脑组织挫裂伤是最为常见的一种,具有高死亡率与高致残率的特性。该文基于数值模拟方法对其开展相关研究,揭示其损伤机理,对该类损伤的预防救治与相关防护... 头部碰撞载荷会致使颅脑发生创伤性脑损伤(Traumatic Brain Injury, TBI)。其中,脑组织挫裂伤是最为常见的一种,具有高死亡率与高致残率的特性。该文基于数值模拟方法对其开展相关研究,揭示其损伤机理,对该类损伤的预防救治与相关防护设备的开发都具有重要意义。首先,该文基于颅脑的核磁共振切片建立了人体头部三维数值模型,该模型真实地反映了颅脑的生理特征与细节构造。在该模型中,颅骨采用典型类三明治结构进行表征,其内外层为刚度与密度较大的骨密质,中间层为骨松质。为了真实反映脑组织与颅骨间的相互作用,将脑脊液与蛛网膜小梁简化为均质整体,采用状态方程表征脑脊液的液态特性,并通过较小的剪切模量表征蛛网膜小梁的剪切传递作用。然后,基于死尸前额碰撞实验对三维头部数值模型的有效性进行验证。该头部模型采用三种不同的颈部约束边界条件对前额碰撞实验进行数值模拟,模拟结果表明:自由边界条件下的模拟结果与实验数据吻合良好,验证了该头部碰撞模型的有效性;而在竖向约束边界条件或固定边界条件下颈部的约束过于刚硬,导致撞击处与对撞处的颅内正、负压力交替变换,与实验结果相比出现较大偏差。最后,利用验证的头部碰撞模型对枕部碰撞过程进行数值模拟,并结合前额碰撞的模拟结果,分别从脑组织压力(体积变形)与 Mises 应力(剪切变形)等方面对颅脑的动态响应规律进行分析;进一步结合医学上颅脑碰撞损伤的统计数据,揭示了脑组织挫裂伤的损伤机理,建立了相应的损伤准则。 展开更多
关键词 生物力学 有限元方法 三维头部模型 碰撞 挫裂伤 损伤准则
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打开学科围墙,拓展专业空间——迎接人工智能的挑战和机遇 预览
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作者 庄茁 由小川 +2 位作者 刘彬 高原 《中国高新科技》 2019年第1期46-49,共4页
人工智能正在引领产业革命和社会变革,其创新研究的核心是解决科学和工程问题,这既对高等院校人才培养体系的传统专业划分提出了挑战,也带来了机遇。人工智能将改变大学的学科体系和课程设置,大学要充分发挥自身的优势,承担起人工智能... 人工智能正在引领产业革命和社会变革,其创新研究的核心是解决科学和工程问题,这既对高等院校人才培养体系的传统专业划分提出了挑战,也带来了机遇。人工智能将改变大学的学科体系和课程设置,大学要充分发挥自身的优势,承担起人工智能基础理论创新的重任。在可预见的未来,中国教育必将改变封闭的学科体系,专业空间不断拓展和融合,形成人工智能时代的新工科。面对这一重大历史机遇,广大科技工作者正在努力发挥作用,致力于做人工智能领域的引领者。 展开更多
关键词 人工智能 创新驱动 学科交叉 专业拓展 新工科
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基于给定参数的水力裂缝与天然裂缝相互作用结果的预测准则 预览
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作者 王涛 +1 位作者 高岳 庄茁 《工程力学》 CSCD 北大核心 2018年第11期216-222,共7页
水力裂缝(HF)和天然裂缝(NF)之间的相互作用在压裂裂缝性储层中扮演着重要角色,并可能导致复杂的裂缝网络。该文基于断裂力学理论提出了一个基于给定参数的显式表达式准则。在进行数值模拟、实验或现场施工之前,根据输入参数,应用本准... 水力裂缝(HF)和天然裂缝(NF)之间的相互作用在压裂裂缝性储层中扮演着重要角色,并可能导致复杂的裂缝网络。该文基于断裂力学理论提出了一个基于给定参数的显式表达式准则。在进行数值模拟、实验或现场施工之前,根据输入参数,应用本准则预测HF遇到NF后的穿透、打开或滑移行为,以及评估已有的水力压裂试验结果。根据准则可知,在高地应力差和高交汇角下,HF容易穿透NF;在低地应力差和低交汇角下,HF容易打开NF;在适当的应力差和交汇角度以及摩擦系数条件下,NF会在HF的作用下发生剪切滑移。高的岩石断裂韧性和短的HF长度(水平井筒到NF的距离)也会导致HF打开NF。相比其他隐式表达式或通过计算程序给出的准则,该文提出的准则只依赖于外部输入参数,具有显式表达方式,方便压裂实验和工程应用。 展开更多
关键词 水力压裂 天然裂缝 水平地应力差 界面摩擦 准则
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页岩气高效开采的力学问题与挑战 预览 被引量:10
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作者 庄茁 +2 位作者 孟庆国 詹世革 黄克智 《力学学报》 CSCD 北大核心 2017年第3期507-516,共10页
页岩气是指赋存于富含有机质泥页岩中以吸附和游离状态为主要存在方式的天然气,中国资源量丰富,地域分布广泛.页岩气开采能缓解我国常规油气产量不足、煤化石燃料引起环境污染等问题,已成为中国绿色能源开发的重要领域.尽管北美页岩... 页岩气是指赋存于富含有机质泥页岩中以吸附和游离状态为主要存在方式的天然气,中国资源量丰富,地域分布广泛.页岩气开采能缓解我国常规油气产量不足、煤化石燃料引起环境污染等问题,已成为中国绿色能源开发的重要领域.尽管北美页岩气“革命”取得了成功,目前也仅有预期产量5%15%的采收率.与北美地区相比,中国页岩气埋藏深,赋存条件差,自然丰度低,因此,高效开采面临更多的困难和挑战.近年来,围绕国家重大能源战略需求,瞄准技术发展前沿,学术界和工业界联合对页岩气高效开采的关键科学和技术问题展开研究.本文结合近三年四川、重庆地区的页岩气试验区块遇到的新问题,针对中国未来3500m以下深部开采的新挑战,如地质沉积、裂缝发育构造不同、上覆压力增加、水平应力场变化等新问题,介绍和总结了目前中国页岩气高效开采面临的力学科学问题,主要包括多重耦合下的安全优质钻完井力学理论和方法、水力压裂体积改造和多尺度缝网形成机制、多尺度渗流力学特性与解吸附机理等.“深部页岩气高效开采”的研究面向国家重大能源需求,科学意义重大,工程背景明确,需要工程力学、石油工程、地球物理、化学工程和环境工程等多学科专家合作,开展理论研究、物理模拟、数值模拟及现场试验等综合应用基础研究,取得高效开采页岩油气理论与技术的突破.学科交叉是研究页岩气高效开采问题、突破技术瓶颈的桥梁,只有力学与石油工程、地球科学等学科实现深度交叉融合,才能更加有效地推动页岩油气等非常规油气资源的开发. 展开更多
关键词 页岩气 工程地质力学 钻井完井理论 水力压裂 多尺度渗流
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横观各向同性岩石力学-化学-损伤耦合有限元分析
7
作者 王永亮 庄茁 +1 位作者 杨恒林 《工程力学》 CSCD 北大核心 2017年第9期102-109,共8页
该文基于层理性岩石的水化作用和连续损伤特性,建立力学-化学-损伤耦合的有限元(FEM)求解方法,开展含钻井孔岩石的井壁应力和围岩损伤演化分析。该文发展横观各向同性Biot本构关系,采用Weibull分布函数表征岩石的非均质性;考虑水化作... 该文基于层理性岩石的水化作用和连续损伤特性,建立力学-化学-损伤耦合的有限元(FEM)求解方法,开展含钻井孔岩石的井壁应力和围岩损伤演化分析。该文发展横观各向同性Biot本构关系,采用Weibull分布函数表征岩石的非均质性;考虑水化作用引起的损伤,结合当前应力状态的应力损伤得到损伤张量,对弹性模量和渗透率进行损伤分析,实现层理性岩石在水化和荷载作用下的连续损伤演化,形成一套渗流-应力-化学-损伤(HMCD)耦合分析方法。该文给出数值算例,将含损伤横观各向同性模型用于研究层理性岩石的水化特性,表明岩石的非均匀性和水化作用对井壁应力解答具有重要影响,该有限元求解方法可对岩石水化、损伤进行可靠、有效的数值分析。 展开更多
关键词 有限元 层理性岩石 连续损伤 WEIBULL分布 渗流-应力-化学-损伤耦合
页岩气水力压裂中套损机理及其数值模拟研究 预览 被引量:7
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作者 高利军 +2 位作者 乔磊 庄茁 杨恒林 《石油机械》 2017年第1期75-80,共6页
在页岩气开采的水力压裂过程中,套损时有发生,严重影响页岩气开采效率。明确套损机理及其影响因素有助于有针对性地采取缓解措施,避免套损。鉴于此,分析了压裂过程中储层的变形特征,同时综合考虑微地震数据和套损规律等信息,指出压裂施... 在页岩气开采的水力压裂过程中,套损时有发生,严重影响页岩气开采效率。明确套损机理及其影响因素有助于有针对性地采取缓解措施,避免套损。鉴于此,分析了压裂过程中储层的变形特征,同时综合考虑微地震数据和套损规律等信息,指出压裂施工中套损的主要机理是储层滑移引起的套管剪切。建立了水平井尺度的套损有限元模型,其中利用虚拟热膨胀模拟注液后压裂改造区的体积增加效应,采用单元埋入技术模拟套管和地层之间的相互作用。分析结果表明:天然裂缝长度和倾角对套损有较大影响,但增加套管壁厚不能缓解套损。研究成果对认识和缓解压裂中的套损有一定的理论指导意义。 展开更多
关键词 套损机理 储层滑移 水力压裂 页岩气 数值模拟
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含镀层薄膜中的尺寸效应和包辛格效应研究 预览 被引量:1
9
作者 林鹏 庄茁 《中国科技论文》 北大核心 2017年第10期1145-1150,共6页
为了研究界面与位错相互作用对材料塑性行为的影响,建立了基于位错机制的晶体塑性理论。通过引入描述位错运动的微观平衡方程和几何必需位错对塑性变形的2种硬化机制,模拟了含镀层薄膜中的尺寸效应和包辛格效应。结果表明:镀层会引起... 为了研究界面与位错相互作用对材料塑性行为的影响,建立了基于位错机制的晶体塑性理论。通过引入描述位错运动的微观平衡方程和几何必需位错对塑性变形的2种硬化机制,模拟了含镀层薄膜中的尺寸效应和包辛格效应。结果表明:镀层会引起附近位错的塞积,塞积的位错会增强硬化从而产生尺寸效应,并且在卸载过程中不均匀的应力分布会使得局部较早地产生反向塑性变形,引起包辛格效应。另一方面,通过将应力-应变曲线与实验结果对比发现,硬化主要是由位错相互作用产生的背应力引起的而不是滑移阻力。 展开更多
关键词 晶体塑性 含镀层薄膜 尺寸效应 包辛格效应
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A New View of Incipient Plastic Instability during Nanoindentation
10
作者 胡剑桥 +2 位作者 崔一南 刘凤仙 庄茁 《中国物理快报:英文版》 SCIE CAS CSCD 2017年第4期64-67,共4页
脱臼成核或突然的脱臼增加是否在起始的没有缺点的单个水晶的 nanoindentation 期间统治早期的塑料不稳定性,仍然保持不清楚。在这个工作,相应于早期的塑料不稳定性的脱臼机制被与有限元素方法联合分离脱臼动力学数字地调查。联合模... 脱臼成核或突然的脱臼增加是否在起始的没有缺点的单个水晶的 nanoindentation 期间统治早期的塑料不稳定性,仍然保持不清楚。在这个工作,相应于早期的塑料不稳定性的脱臼机制被与有限元素方法联合分离脱臼动力学数字地调查。联合模型自然地介绍脱臼成核并且精确地在 nanoindentation 期间捕获异构的压力地。当 indenter 是小的时,,模拟结果为更大的 indenters 证明第一个脱臼成核导致起始的突然发生在里面事件,早期的塑料不稳定性被归功于到在脱臼成核和增加之间的合作。有趣地,为两个盒子的本地脱臼密度是几乎一样当突然的负担落下发生时。因此,足够的脱臼由成核或增加产生了,这被推断,或两个都,是为早期的塑料不稳定性的扳机的要求。统一基于脱臼的机制被建议解释 precipitate 早期的塑料不稳定性。 展开更多
从转化医学视角认识肺爆炸冲击伤的精准诊治 预览
11
作者 杨策 蒋建新 +5 位作者 杜娟 王海燕 高洁 庄茁 王正国 《中华诊断学电子杂志》 2016年第1期4-6,共3页
爆炸事故发生后,肺脏作为最易受累的靶器官之一,是临床爆炸冲击伤诊治的重点。既往对肺脏冲击伤诊治措施主要依据伤员症状、体征和影像学、血气分析数据,在改善通气、限制性补液、预防空气栓塞、感染并发症及必要的外科对症治疗。然而,... 爆炸事故发生后,肺脏作为最易受累的靶器官之一,是临床爆炸冲击伤诊治的重点。既往对肺脏冲击伤诊治措施主要依据伤员症状、体征和影像学、血气分析数据,在改善通气、限制性补液、预防空气栓塞、感染并发症及必要的外科对症治疗。然而,随着社会的发展,爆炸物种类、形式、当量、理化性质以及爆炸场的复杂空间分布更趋多样,肺爆炸冲击伤伤情特点、诊治措施以及预后转归等呈现更多的复杂性和非线性特点。为此,基于预防性、预测性、个体化和参与性的"4P"医学模式,从转化医学视角辨析肺爆炸冲击伤的伤情发生和变迁规律,探究肺爆炸冲击伤理论成果在肺爆炸冲击伤精准治疗中的可行性,尝试从既往以定性为主的常规诊治转化至以量化评估的个体化精准诊治,旨在为探索肺爆炸冲击伤精准救治范式提供有益的借鉴和启示。 展开更多
关键词 冲击伤 肺损伤 精准医疗 转化医学 诊断
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基于冲击伤诊治思考——非战争性爆炸的防护策略 预览 被引量:2
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作者 杨策 蒋建新 +7 位作者 杜娟 王海燕 高洁 庄茁 黄献聪 马天 王正国 《中华诊断学电子杂志》 2016年第1期10-12,共3页
和平时期,由于爆破作业、恐怖袭击以及易爆危险品失控性爆炸,可造成严重的爆炸伤亡事故。回顾近十年来,严重爆炸事故在国内呈逐渐增多趋势,而爆炸冲击伤作为现场人员致死、致残的主要致伤原因,虽已引起国内医学界关注,但针对爆炸冲击伤... 和平时期,由于爆破作业、恐怖袭击以及易爆危险品失控性爆炸,可造成严重的爆炸伤亡事故。回顾近十年来,严重爆炸事故在国内呈逐渐增多趋势,而爆炸冲击伤作为现场人员致死、致残的主要致伤原因,虽已引起国内医学界关注,但针对爆炸冲击伤的关注更多集中在诊治水平的渐进提升方面,对于爆炸冲击伤的防护研究虽已进行了积极探索,并在实验研究方面积累了许多数据,但在防护材料、防护装备以及防护策略的理论跟进和深度挖掘上亟待加强。笔者从冲击伤诊治角度反思了对冲击伤防护措施的现实需求,并结合冲击伤防护材料与装备研发现状,探讨了非战争性爆炸防护策略的精准性和适配性。这对于相当长的时期内,在尚无法杜绝爆炸事故发生条件下,无疑具有重大理论价值和现实指导意义。 展开更多
关键词 爆炸 冲击伤 精准诊断 防护装备
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爆炸冲击伤诊治中值得关注的几个问题 预览 被引量:1
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作者 杨策 蒋建新 +5 位作者 杜娟 王海燕 高洁 庄茁 王正国 《中华诊断学电子杂志》 2016年第1期23-25,共3页
随着我国工业化进程以及社会不稳定因素的长期存在,意外爆炸事件时有发生并渐呈增多趋势。爆炸冲击伤伤情特点也表现出新的规律和伤情转归特点。为此,本文立足和平时期爆炸冲击伤诊治情况,回顾了爆炸冲击伤类别与伤情特点,分析爆炸冲击... 随着我国工业化进程以及社会不稳定因素的长期存在,意外爆炸事件时有发生并渐呈增多趋势。爆炸冲击伤伤情特点也表现出新的规律和伤情转归特点。为此,本文立足和平时期爆炸冲击伤诊治情况,回顾了爆炸冲击伤类别与伤情特点,分析爆炸冲击伤伤情与距离的内在联系,并对爆炸冲击伤复合因素在伤情诊治中的权重予以探讨。旨在结合爆炸冲击伤循证医学证据与经验评估,尝试实现爆炸冲击伤精准评估与个体化诊治的可能性,并从爆炸冲击伤诊治角度对防护策略提出新的需求,为和平时期爆炸冲击伤的规范化诊治提供借鉴和启示。 展开更多
关键词 爆炸 冲击波 烧伤 精准医疗 防护
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页岩水力压裂的关键力学问题 被引量:9
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作者 王涛 +3 位作者 高岳 曾庆磊 庄茁 黄克智 《固体力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第1期34-49,共16页
页岩气是指以吸附和游离时而还有流体相的形态状态赋存于泥页岩中的非常规天然气.页岩气开采成为我国绿色能源开发的新领域.尽管北美页岩气革命取得了成功,但目前仍仅有预期产量5~15%的油气采收率,问题出在什么地方?水力压裂被... 页岩气是指以吸附和游离时而还有流体相的形态状态赋存于泥页岩中的非常规天然气.页岩气开采成为我国绿色能源开发的新领域.尽管北美页岩气革命取得了成功,但目前仍仅有预期产量5~15%的油气采收率,问题出在什么地方?水力压裂被认为是提高采收率的关键一环,但水力压裂过程中复杂缝网的形成和力学控制机理尚不清楚,这给力学家提出了巨大的挑战和机遇.结合本课题组近期研究成果,论文从理论、哿确实验三个方面对页岩水力压裂中的关键基础力学问题进行介绍和总结.主要内容包括发展页岩人工裂缝扩展的大型物理模型实验,建立页岩本构模型和断裂力学理论,发展耦合断裂力学和流体力学的裂缝网扩展数值模拟方法.页岩水力压裂研究对发展断裂力学的实验技术、理论模型和数值模拟方法起到推动作用,对提高我国页岩气高效开采技术具有重要意义. 展开更多
关键词 水力压裂 裂缝网络 大物模实验 断裂力学 数值模拟
页岩水力压裂中多簇裂缝扩展的全耦合模拟 预览 被引量:5
15
作者 曾庆磊 庄茁 +2 位作者 王涛 高岳 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第4期643-648,共6页
水平井和水力压裂是页岩气开发中的关键技术。对水力压裂中多簇裂缝同时扩展的物理过程进行了数值模拟。采用扩展有限元法(XFEM)模拟岩石中裂缝沿着任意路径扩展,采用有限体积法(FVM)模拟裂缝中流体的流动,并且考虑井筒中流体流动... 水平井和水力压裂是页岩气开发中的关键技术。对水力压裂中多簇裂缝同时扩展的物理过程进行了数值模拟。采用扩展有限元法(XFEM)模拟岩石中裂缝沿着任意路径扩展,采用有限体积法(FVM)模拟裂缝中流体的流动,并且考虑井筒中流体流动以及在各簇裂缝间的流量动态分配。通过牛顿迭代对全耦合物理过程进行数值求解,重点研究了初始长度不同的两条裂缝的扩展过程,证明较大的射孔摩阻能促进两条裂缝的同时扩展。并通过算例证明了本方法的精度和有效性。 展开更多
关键词 水力压裂 裂缝簇 扩展有限元 有限体积法 全耦合模拟
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基于连续损伤的岩石渗流有限元分析 被引量:2
16
作者 王永亮 +1 位作者 林三春 庄茁 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2016年第11期29-37,共9页
该文基于连续损伤力学,建立了含损伤的岩石渗流模型,研究岩石损伤破坏并分析其渗流特性。该文采用Weibull分布函数来模拟岩石弹性模量和强度的非均质特性,利用Biot本构关系建立含孔隙结构的弹性变形方程,结合Drucker-Prager强度准则、... 该文基于连续损伤力学,建立了含损伤的岩石渗流模型,研究岩石损伤破坏并分析其渗流特性。该文采用Weibull分布函数来模拟岩石弹性模量和强度的非均质特性,利用Biot本构关系建立含孔隙结构的弹性变形方程,结合Drucker-Prager强度准则、统计强度理论和连续损伤理论推导出岩石连续损伤演化控制方程及其定解条件,进而采用有限元法对其求解。该文给出的数值算例结果表明所提出的含损伤渗流模型适用于研究岩石的渗流特性,分析结果与实验数据吻合较好,且该求解方法可以对岩石体积压裂、岩层弱面进行可靠、有效的数值分析。 展开更多
关键词 连续损伤 WEIBULL分布 岩石 渗流 有限元
页岩水力压裂的关键力学问题 被引量:12
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作者 庄茁 +3 位作者 王涛 高岳 王永辉 付海峰 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期72-81,共10页
页岩气的开采成为我国绿色能源开发的新领域.尽管北美页岩气革命取得了成功,水力压裂是成功的开采方式,目前采收率仅为5%~15%,问题出在哪里呢?由此给力学家提出了巨大的挑战和机遇.本文针对页岩水力压裂的关键力学问题,阐述理论、计算... 页岩气的开采成为我国绿色能源开发的新领域.尽管北美页岩气革命取得了成功,水力压裂是成功的开采方式,目前采收率仅为5%~15%,问题出在哪里呢?由此给力学家提出了巨大的挑战和机遇.本文针对页岩水力压裂的关键力学问题,阐述理论、计算和实验的研究进展和技术难点,主要内容有:页岩人工裂缝扩展的大型物理实验模拟平台;考虑时间相关性的各向异性本构模型;页岩起裂、分叉及多裂缝相互作用的断裂力学准则和模拟方法;裂缝簇稳定性扩展的力学条件和创造缝网的多尺度有限元模型;耦合断裂力学和流场压力的裂缝网扩展数值模拟方法. 展开更多
关键词 页岩 水力压裂 力学问题
页岩储层剪切套损的数值模拟及固井对策研究 预览 被引量:5
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作者 高利军 乔磊 +2 位作者 庄茁 杨恒林 《石油机械》 2016年第10期6-10,16共6页
在页岩气开发的水力压裂过程中,岩层滑移引发的剪切套损时有发生。某级压裂引发套损后,导致在后续压裂施工中下放工具受阻,最终被迫放弃对部分区段的压裂改造,使页岩气采收率降低。目前研究者对于是否在滑移面附近固井,以及降低固... 在页岩气开发的水力压裂过程中,岩层滑移引发的剪切套损时有发生。某级压裂引发套损后,导致在后续压裂施工中下放工具受阻,最终被迫放弃对部分区段的压裂改造,使页岩气采收率降低。目前研究者对于是否在滑移面附近固井,以及降低固井水泥刚度能否有效缓解剪切套损2个问题的认识存在分歧,数值模拟可为解决这一问题提供理论支撑。引入了表征剪切套损中套管变形程度的参数:单位横向位移和椭圆度。根据压裂中剪切套损的特点,建立了相应的三维有限元模型,模拟了岩层滑移过程中套管-水泥环-地层系统的变形,分析了不固井长度和固井水泥力学性能对套管剪切变形的影响。研究结果表明:在滑移面附近不固井能有效缓解剪切套损,但单纯改变固井水泥力学性能的效果微乎其微。研究成果对明确缓解剪切套损的固井方法有一定的理论指导意义。 展开更多
关键词 套损 剪切变形 页岩气 数值模拟 固井方法
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天津港“8·12”特大爆炸事件对爆炸冲击伤诊治的警示 预览
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作者 杨策 蒋建新 +5 位作者 杜娟 王海燕 高洁 庄茁 王正国 《中华诊断学电子杂志》 2016年第1期30-32,共3页
2015年8月12日,中国天津港发生化学危险品特大爆炸事故,历经1个月的院内诊治,73.6%(587/798)伤员康复出院。本次特大爆炸事故教训惨痛,对我国和平时期爆炸冲击伤的诊治有重大警示效应。通过调研结合既往工作经验,可以发现爆炸冲击伤,... 2015年8月12日,中国天津港发生化学危险品特大爆炸事故,历经1个月的院内诊治,73.6%(587/798)伤员康复出院。本次特大爆炸事故教训惨痛,对我国和平时期爆炸冲击伤的诊治有重大警示效应。通过调研结合既往工作经验,可以发现爆炸冲击伤,伤因复杂、伤情多变;爆炸冲击伤非传统外轻内重模式,而是内外皆重、外伤不能掩盖内伤;由于大爆炸冲击伤伤员构成复杂、诊治难度较大;大爆炸冲击伤躯体外伤可治,精神创伤难愈。在诊治模式上,亟待加强爆炸冲击伤诊治集束化与规范化体系。总之,源头控制是关键,无论发展中国家还是发达国家,社会复杂矛盾决定了爆炸事故难于避免,预警诊断要占得先机,对远期的精神创伤须提到社会疾病的高度。唯有全社会实现稳定规范化支撑体系,才能在灾难面前实现政府和民众的和谐与共赢。 展开更多
关键词 爆炸 冲击伤 烧伤 超压 应激
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2000年至2015年国内174起爆炸事故冲击伤诊治分析 预览 被引量:3
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作者 杨策 蒋建新 +5 位作者 杜娟 王海燕 高洁 庄茁 王正国 《中华诊断学电子杂志》 2016年第1期36-40,共5页
目的分析国内近十五年爆炸事故冲击伤流行病学特点及其变迁规律。方法回顾性调查国内2000年1月1日至2015年10月1日近15年174起爆炸事件的发生原因、致伤规律以及伤亡特点,探究基于爆炸冲击伤防、诊、治的防御爆炸、减轻损伤、康复身心... 目的分析国内近十五年爆炸事故冲击伤流行病学特点及其变迁规律。方法回顾性调查国内2000年1月1日至2015年10月1日近15年174起爆炸事件的发生原因、致伤规律以及伤亡特点,探究基于爆炸冲击伤防、诊、治的防御爆炸、减轻损伤、康复身心的一体化策略。结果爆炸事件覆盖中国30个省、市、自治区。爆炸物成份复杂,类别多样,主要有化学品、粉尘、手机、燃气、临时爆炸装置、瓦斯、烟花爆竹、油料、锅炉以及其他少见爆炸物等,其中化学品、粉尘和手机位居爆炸原因的前3位。174起爆炸事件中,累积伤亡人数7 062人,受伤人数4 313人,死亡人数2 749人。平均每起爆炸事件伤亡数为:受伤数24.79人/起,死亡数15.80人/起,伤亡数40.59人/起。化学品(33起,79%)、粉尘(21起,78%)和燃气(20起,91%)爆炸位居暴露人员发生受伤事故数的前3位。化学品、粉尘和瓦斯爆炸伤亡人数位居前3位(2 714人/7 062人,1 268人/7 062人和1 215人/7 062人),对应平均每起伤亡人数分别为67.00人、46.96人和93.46人,对应伤亡率分别为88%,81%和100%。结论针对国内爆炸冲击伤的流行病学特点,需要针对新情况按照个体化诊治思路,形成爆炸冲击伤专家共识,建立符合国情的爆炸冲击伤救治流程,多学科整合形成应急救治小组,并基于个体化救治需求拓展诊治新设备和新措施。 展开更多
关键词 爆炸 冲击伤 烧伤 粉尘 临时爆炸装置
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