大功率超声波对饱和孔隙介质裂纹尖端塑性区影响的分析

摘要

大功率超声波采油技术研究的一个重要方面是研究超声波对油层孔隙介质的影响，而其中关键性的问题是提高油层孔隙介质的渗透率。油层孔隙介质作为一种天然的岩体，力学性能较为复杂，研究大功率超声波对饱和孔隙介质渗透率的影响，首先需要了解饱和孔隙介质基本的力学模型，然后在此基础上研究大功率超声波对孔隙裂纹塑性区的影响。本文采用理论与数值模拟的研究方法，研究大功率超声波对饱和孔隙介质裂纹塑性区的影响，概括起来主要研究内容如下：
　　首先，分析了饱和孔隙介质的的弹塑性增量本构关系，给出了增量本构模型的一般表达式；基于此基础上，分别建立了应力空间与应变空间的增量本构模型，并同弹塑性加载与卸载准则联系起来；然后选择Von Mises屈服准则作为饱和孔隙介质的屈服曲面，给出了平面应力状态下的应力应变增量表达式。
　　其次，针对小范围屈服断裂力学裂纹尖端应力的理论值不符合工程实际的情况，对塑性区应力值进行了相应的修正；同时在以理想弹塑性模型为基础建立的反向塑性区应力，针对硬化材料的特点对反向塑性区的应力进行了改进；求出不同超声波声压条件下，孔隙裂纹延长线上应力状况分布状况。
　　最后，应用ANSYS有限元软件计算不同超声波声压作用下，孔隙裂纹延长线上应力状况分布状况，并同理论计算结果进行了对比，发现不同超声波声压下孔隙裂纹的损伤形式情况不同：超声波的声压越大，其携带的声波能量越大，饱和孔隙介质在吸收超声波能量越多，对孔隙裂纹的开裂扩展效果越明显。

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第1章 绪 论

1.1课题研究背景

1.2课题相关概念概述

1.3国内外研究现状

1.4主要研究内容

第2章 饱和孔隙介质弹塑性本构模型的基本理论

2.1引言

2.2饱和孔隙介质的有关假设

2.3饱和孔隙介质弹塑性本构模型基本理论

2.4屈服准则的选择

2.5小结

第3章 饱和孔隙介质的弹塑性本构模型研究

3.1前言

3.2弹塑性增量本构模型的一般表达式

3.3随动强化模型本构模型

3.4在平面应力状态下的表达式

3.5本章小结

第4章 超声波对饱和孔隙介质裂纹塑性区影响分析

4.1引言

4.2 饱和孔隙介质中的超声波作用

4.3应力强度因子

4.4裂纹尖端塑性区的应力

4.5本章小结

第5章 超声波对孔隙介质裂纹作用有限元仿真

5.1引言

5.2 Ansys有限元仿真软件

5.3有限元计算模型

5.4仿真结果

5.5仿真结果分析

5.6本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

声明

致谢