摘要：在油田开发过程中,原油与水极易形成乳状液,增大了原油处理难度,而原油组成尤其是原油中石蜡的析出对乳状液稳定性的影响显著。从油相组成影响相态变化进而改变乳状液稳定性的独特角度出发,通过乳状液稳定性测试、油水界面特性测试、析蜡特性测试、沥青质分散稳定性测试、显微观察等方法开展系统研究。研究发现,随着油相中液体石蜡含量的增大,蜡晶的形貌从细小颗粒变为较大的团聚蜡晶,沥青质的分散稳定性也随之下降。测量温度显著影响乳状液稳定性:测量温度为30℃时,增大液体石蜡含量可以降低界面张力、提高扩张模量,这有助于液滴保持分散,在一定程度上提高乳状液的稳定性;测量温度为15℃时,增大液体石蜡含量促进结构更强的蜡晶网络形成,通过束缚水滴大幅提高乳状液稳定性。此外,研究还发现,在乳化水滴表面析出的蜡晶可形成一层蜡晶界面膜,从而进一步提高界面膜强度和乳状液稳定性。基于上述研究,首次提出油相组成对沥青质与石蜡协同稳定模拟原油乳状液的影响机理模型。

摘要：传统劲性水泥土复合桩的内芯多采用预应力混凝土管桩,其仅依靠内外芯的摩擦和黏结来传递荷载。现场调研发现,水泥土桩与管桩界面的胶结力较小,依据规范进行设计时,内界面抗剪强度往往取值很低。针对此种情况,将内芯预应力混凝土管桩替换为钢管桩,探寻其与外芯水泥土桩间界面的抗剪强度,同时又提出将外表面具有螺旋叶片的钢管桩作为新型内芯桩。针对内芯为无肋钢管及螺旋叶片钢管的桩段试样进行了内界面剪切试验,分析了内界面极限剪切力的影响因素并进行了定量数据表征。获得了新型组合桩的内外芯剪切破坏模式及内界面抗剪强度参数的演化规律和计算方法,从而对《劲性复合桩技术规程》(JG/T023-2007)桩体承载力计算公式中的内界面抗剪强度参数取值进行了修正。

摘要：吸力基础广泛应用于海洋工程,其沉贯至海床预定位置是承载力达到设计要求的前提条件。阐明吸力基础沉贯过程中与土体的宏细观相互作用,有助于揭示吸力基础沉贯机理,探究沉贯阻力和所需吸力的计算理论。该文研发了吸力基础沉贯及拔出可视化模型实验系统,由高精度伺服加载装置、非嵌入式测量模块和可视化模型箱组成。该系统不仅能够实时捕捉并展示土体位移场、基础位移量、受力状态等关键参数,而且通过可视化手段,极大地提高了实验教学的直观性和科研工作的精确性。介绍了系统的组成、功能和操作方法,并开展可视化实验研究了加劲肋吸力基础沉贯过程中的阻力变化、土塞隆起及土体流动规律。实验发现加劲肋吸力基础的沉贯阻力、土塞隆起速度和高度均大于传统吸力基础,且土体以向基础内部流动为主,在加劲肋间空腔内出现土体回流现象。实验结果表明该系统能够有效地模拟吸力基础在不同条件下的沉贯及拔出过程,为研究其与土体相互作用提供了新的视角和方法,有助于提升教学效率、促进科研创新及指导工程实践。

摘要：混输管路清管操作实验和理论的研究对混输管线的设计及生产管理具有重要意义。为研究混输管路清管工况下的变化规律 ,建立了长 380米、管径 80毫米的混输清管实验管道 ,利用水和空气为试验介质 ,得到了混输管路清管过程清管器运行时间和运行速度变化规律 ,并得到了通过清管球压降的计算关系式。针对水平管路 ,建立了清管模拟的数学模型 ,编制了计算软件 ,用于预测混输管路清管过程中清管时间、清管球运行速度等。软件计算结果与实验数据的吻合较好。

摘要：为了克服形状记忆合金(Shape memory alloy, SMA)管接系统在装配过程中的数值模拟不够精细,SMA管接头紧固力影响因素研究不够详尽的缺点,基于热力学Gibbs自由能,推导SMA在相变过程中应力张量增量与马氏体体积分数增量之间的关系,基于非线性有限元分析软件ABAQUS二次开发功能,同时考虑材料弹性模量的变化以及马氏体相变的温度效应,编写ABAQUS用户材料子程序,对连接系统的装配过程进行数值模拟,有效描述整个管接系统在热力耦合作用下的相变和力学行为。数值结果表明,被连接管壁的应力最大值出现在内壁靠近管接头端口位置;管接头端口附近接触应力梯度很大,沿轴向从零迅速增加到最大值,然后逐渐回落到一个较高的稳定接触应力值;管接头管壁内的应力和马氏体相变沿管壁由内向外呈梯度分布;整体接触压应力水平表现出与管接头壁厚成正相关,与管接头内径成负相关,与扩径内压无关特性。更准确模拟了SMA管接系统在装配过程中的相变和力学行为,详尽分析了管接头产生紧固力的影响因素,为SMA管接头的设计提供理论基础和指导。

摘要：由于混凝土收缩徐变及钢筋应力松弛的耦合作用,LNG储罐外罐预应力系统将产生长期预应力损失,严重影响储罐的安全性能。为此,基于按龄期调整的有效模量法及混凝土结构设计规范中的相关模型,以国内某大型LNG储罐外罐为研究对象,应用ABAQUS有限元软件,建立了多组模型分别模拟收缩徐变损失、应力松弛损失及其耦合作用下的损失,分析了混凝土收缩徐变及应力松弛的相互作用对长期预应力损失的影响规律,并讨论了双向设置预应力对长期预应力损失的影响。研究结果表明:(1)环向、竖向预应力筋长期损失终值(50年)最大值分别达到张拉控制应力的10.97%、17.02%;(2)环向、竖向预应力筋在收缩徐变和应力松弛耦合作用下的损失分别为收缩徐变损失与应力松弛损失代数和的83.59%和86.33%;(3)提出相互作用折减系数,当收缩徐变损失和应力松弛损失大小相近时的折减系数最小;(4)竖向预应力对环向预应力筋长期预应力损失的影响较为明显。结论认为,该研究成果有助于提高大型LNG储罐混凝土外罐的安全性。

摘要：针对工程中的反问题,以POD(最佳正交分解,Proper Orthogonal Decomposition)技术为基础设计了一种反问题的低阶计算模型,通过采集到的有限输出结果,仅采用简单的非线性规划与插值法即可求解该模型,大幅度地降低了工程中的反问题的求解难度与计算时间。由于模型求解过程不涉及原物理问题的控制方程,因此,该模型在实际中具有一定通用性。以圆管内强制对流换热问题为应用实例,结果表明,基于一些热电偶测量的温度数据,低阶反问题计算模型能够较精确地反算出未知的流体进口温度与圆管外壁热流密度,与真实值相比仅相差1.0%左右。此外,与经典的共轭梯度法相比,低阶反问题计算模型的计算速度可提高1200倍以上。

摘要：结合普通金属螺旋弹簧的弹性变形理论和形状记忆合金(SMA)的力学本构模型,分析与描述SMA螺旋弹簧的簧丝横截面上应变、应力分布规律,进而推导SMA螺旋弹簧的相变临界参数计算公式。基于SMA螺旋弹簧的宏观试验现象和推导的相变临界参数计算公式,建立描述SMA螺旋弹簧的轴向变形和轴向外力间关系的力学模型。理论计算与试验结果的对比表明,建立的SMA螺旋弹簧力学模型能准确预测SMA螺旋弹簧的轴向外力和轴向变形间的关系,并克服有限单元法模拟计算SMA螺旋弹簧时在几何建模和数值收敛等方面的局限性,可为研究SMA螺旋弹簧的力学行为和基于SMA螺旋弹簧的结构设计提供必要的理论基础和技术参考。

摘要：大型LNG储罐的外墙一般由预应力混凝土建造,其应力分布及变形比较复杂。在介绍预应力混凝土外墙温度应力计算方法的基础上,采用理论分析的方法,推导出了圆筒形外墙温度应力的计算公式、外墙在温差荷载及其他普通荷载作用下预应力筋的计算公式以及最大环向应力所在位置计算公式,进而给出了预应力筋结构调整的方案。研究结果表明,内罐的超低温液体会使预应力混凝土外墙产生很大的温度应力,环向温度应力最大可达混凝土抗拉强度的一半,使外墙在受内压时更加危险,因此在环向预应力筋设计时须考虑温差荷载影响。而后采用ADINA有限元软件建立多个钢筋混凝土分离式模型进行数值模拟,不仅验证了所推导公式的正确性,而且证明了该结构优化方案使外墙的变形及应力分布更加合理。

摘要：根据预应力隔热管在制造、下入和注蒸汽等工况下的受力变形特点,建立了基于最佳胀率原理的隔热管内、外管设计计算力学模型,推导出相应工况下隔热管在井口和井底封隔器位置处的最大胀率、最小胀率和比例胀率的计算公式。利用VisualBasic语言编制了相应的计算软件,对胜利油田多口热采井预应力隔热管进行了计算分析,得到了不同下入深度和注汽温度时隔热管最佳胀率设计值。结果表明,最佳胀率设计方法可以满足注蒸汽条件下隔热管强度设计要求;在下入工况下,井口隔热管内外管胀率随下入深度增加而线性减少;在注汽工况下,隔热管的胀率要比下入工况下的增加显著;建议在隔热管胀率设计时要以注汽时隔热管受力为基准,采用比例胀率方法进行设计。