孔隙壓力場的案例
DrillWorks——地層孔隙壓力和破裂壓力預測和分析工具
無論是鉆井工程師、 地球物理學家、地質師、巖石物理學家，都能夠有效地使用DrillWorks/PREDICT來預測世界各地的孔隙和破裂壓力變化曲線。軟件可以使用多種 數據，包括各種格式的測井數據、地震資料和MWD數據。這套軟件并不依賴于單一的孔隙壓力模型和方法，而是兼容并蓄地含蓋了眾多的模型和方法，用戶可以對 癥下藥，有選擇地使用模型來預測特定地質條件下的地層壓力。
DrillWorks/PREDICT是一套由用戶主導的軟件系統，它可以使用戶容易地、迅速地確定已鉆井和未鉆井的上覆巖層壓力梯度、孔隙壓力梯度和破 裂壓力梯度。用戶可以對多個計劃井和任意多個鄰井的數據進行觀察、處理、分析。在鉆井施工過程中，PREDICT使現場決策和儲存地質資料都變得得心應 手。軟件配備的“用戶定義方法”及“用戶定義程序”極大地擴展了這套系統的功能，使之得以處理井壁穩定和巖石力學的分析，而這些方面的分析因為斜井、大位 移井的出現，變得越來越重要。
展開 Abaqus熱流固耦合——圍繞圓柱形熱源進行固結
初始升高，然后孔隙壓力隨時間降低。孔隙壓力的初始增加是由于與孔隙相比孔隙流體的體積膨脹相對較高。孔隙壓力場中的梯度是驅動孔隙流體流動所必需的。結果表明，在相對較早的時間，孔隙流體從物質點擴散的強度不足以抵消與溫度升高相關的體積增加。因此，孔隙壓力隨時間增加。但是，隨著時間的流逝，材料點溫度的升高速度減慢，并且孔隙流體的擴散加快，從而溫度的任何進一步升高（以及相關的體積變化）都不會導致孔隙的進一步增加壓力，并且孔隙壓力隨時間衰減。
圖1.15.7–4和圖1.15.7–5分別顯示了分析過程中某個中間時間（大約5700秒）的孔隙壓力等高線圖和流體速度大小的矢量圖。孔隙壓力的分布近似軸對稱，較高的孔隙壓力更靠近中央熱源。孔隙壓力中的徑向梯度驅動孔隙流體流動，從而導致孔隙流體速度矢量大致指向徑向。網格本身不是軸對稱的，這會導致溶液從純軸對稱狀態發生小的變化。
Figure 1.15.7–4 Contour plot of pore pressure at an intermediate time.
Figure 1.15.7–5 Vector plot of pore fluid velocity at an intermediate time.
雖然這個問題說明了埋在土壤中的熱源的物理問題的耦合性質，但是耦合性質相對較弱。因此，雖然孔隙流體流場主要由孔隙流體和孔隙的相對熱體積膨脹驅動，因此直接取決于溫度場，但是熱傳遞問題對孔隙流體流不敏感。例如，可以通過考慮對流傳熱來實現更強的耦合，其中傳熱速率直接受孔隙流體速度影響。耦合的其他潛在來源包括磁導率對空隙率的依賴性，空隙率取決于材料中的應變水平（包括熱膨脹）。盡管在Abaqus / Standard的配方中考慮了此類影響，但在當前問題中忽略了這些影響。
展開 abaqus圓柱形熱源情況下土體進行固結
初始升高，隨后孔隙壓力隨時間降低。孔隙壓力的初始增加是由于與孔隙相比孔隙流體的體積膨脹相對較高。孔隙壓力場中的梯度是驅動孔隙流體流動所必需的。結果表明，在相對較早的時間，孔隙流體從物質點擴散的強度還不足以抵消與溫度升高相關的體積增加。因此，孔隙壓力隨時間增加。但是，隨著時間的流逝，材料點處的溫度升高速度減慢，并且孔隙流體的擴散加快，從而溫度的任何進一步升高（以及相關的體積變化）都不會導致孔隙的進一步增加。壓力，并且孔隙壓力隨時間衰減。
圖1.15.7–4和圖1.15.7–5分別顯示了分析過程中某個中間時間（大約5700秒）的孔隙壓力等高線圖和流體速度大小的矢量圖。孔隙壓力的分布近似軸對稱，較高的孔隙壓力更靠近中央熱源。孔隙壓力中的徑向梯度驅動孔隙流體流動，從而導致孔隙流體速度矢量大致指向徑向。網格本身不是軸對稱的，這會導致純軸對稱狀態的解有很小的變化。
Figure 1.15.7–4 Contour plot of pore pressure at an intermediate time.
Figure 1.15.7–5 Vector plot of pore fluid velocity at an intermediate time.
盡管此問題說明了埋在土壤中的熱源物理問題的耦合性質，但耦合性質相對較弱。因此，雖然孔隙流體流場主要由孔隙流體和孔隙的相對熱體積膨脹驅動，因此直接取決于溫度場，但是熱傳遞問題對孔隙流體流不敏感。例如，可以通過考慮對流傳熱來實現更強的耦合，其中傳熱速率直接受孔隙流體速度影響。耦合的其他潛在來源包括磁導率對空隙率的依賴性，空隙率取決于材料中的應變水平（包括熱膨脹）。盡管在Abaqus / Standard的配方中考慮了這種影響，但在當前問題中忽略了這些影響。
展開 【分析示例】電池正極制備過程（壓延）中的壓力和孔隙率計算
孔隙率和壓力是這一工藝的指標。在本案例研究中，我們介紹了假設壓延工藝形成固體顆粒（粉末）的模擬。VSOP-PS是J-OCTA的模擬器之一，它使用離散元法（DEM, Discrete Element Method）計算薄膜形成過程中的壓力和孔隙率，同時考慮到固體顆粒之間的接觸。在材料模型中，根據之前的研究，使用了6種活性材料和1種粘合劑表征不同直徑的顆粒。壓縮計算通過在封閉區域填充顆粒，然后降低上壁來實現。從計算區域的體積中減去顆粒的體積即可得到孔隙率。與之前的研究一樣，壓力和孔隙率之間的關系是通過壓縮到最大壓力，然后向上拉伸上壁得到的。
圖1. 使用J-OCTA的RVE模型構建的初始顆粒結構
二、結果
圖2顯示了拉伸過程中上壁所受壓力與孔隙率之間的關系。VSOP-PS 的結果（藍色圓圈）與前人的實驗和計算結果接近。
本文介紹了使用VSOP-PS對固體和粉末材料的接觸（摩擦）進行離散元法計算，如果您感興趣，請聯系我們。
圖2. 在拉伸過程中上壁壓力和孔隙率之間的關系
（轉載自：J-Octa官網）
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cohesive單元模擬二維水力壓裂，運行了100多步報錯，為什么角落會出現孔隙壓力負值？
儲層物性參數：彈性模量30GPa，泊松比0.25，流體比重980N/m^3，滲透系數1e-7m/s，孔隙比0.1。cohesive單元參數：彈性類型為面作用力，彈性模量30GPa，損傷準則采用最大正應力準則，抗拉強度為6MPa，抗壓和抗剪切強度為100MPa，損傷演化類型為位移，破壞位移為0.001mm，損傷穩定粘性系數為1e-5，液體泄漏頂部系數和底部系數為1e-14m/Pas，間隙流類型為Newtonian，粘性0.1Pas。指派單元類型中cohesive單元粘性及厚度為0.01。水平井段長40，角度為北偏西20°，水平井段均勻分布8段長度為0.4的直線段作為射孔和注入點位置，在模型關鍵字里定義為initial gap初始損傷單元作為起始裂縫。采用超靜水壓力系統，初始地層孔隙壓力為0。實體單元basement應力場為S11=-10e6,S22=-5e6,S12=S33=0。注入點載荷為-0.01m^2/s，有幅值緩沖。注入時間步長為10s。
模型運行了136步3秒不到出現不收斂：Time increment required is less than the minimum specified。右上角出現了孔隙壓力負值，查看了邊界條件，設置了四邊位移自由度為0，孔隙壓力也為0。將應力場改為S11=-10e6,S22=0,S12=S33=0，重新運行，模型運行到200多步四秒不到依然報錯。將注入載荷縮小成-0.001，這次可以運行成功，但裂縫寬度也縮小很多。
展開 算例、視頻--分步填埋(超孔隙水壓力消散)<轉自igeo.cn>
工況：
在弱土地基上分五步填五層土，每填一層土后，弱土中孔隙水壓力就會增大
但過段時間由于超孔隙水壓力的消散，土中水壓力會減小。
具體見視頻和說明文檔中。
第一部分
桌面[1].part01.rar
桌面[1].part02.rar
全新壓力場傳聲器系列——壓力之下，表現尤佳
為了幫助工程師和聲學專家在日常任務中進行準確的測量，Brüel & Kj?r開發了一款堅固耐用且可靠的?英寸CCLD壓力場傳聲器——4971-H-041型。
該新版本是?英寸預極化壓力場傳聲器系列（4971型）和?英寸高溫恒流源線驅動（CCLD）前置放大器的組合，可連接CCLD輸入模塊，從而確保所有測量都可以使用通用數據采集系統。
4971-H-041型傳聲器針對壓力場的應用進行了優化，例如與耦合器配合測量接近音頻設備的出聲口聲音或齊平安裝測量。
它還可用于隨機入射測量和90°入射的自由場測量，這使它非常適合測量火車或飛機等移動物體，因為即使物體在移動，頻響特性也保持不變。
此款傳聲器的寬頻率范圍（5Hz至20kHz，±2dB），高動態范圍（20dB（A）至146dB）以及對惡劣、不可預測的環境的抵抗力，也使其適用于電信、電聲、汽車等領域的零部件測試和航空航天業。
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展開 碳化硅冶煉爐壓力場求解分析
碳化硅冶煉爐與傳統的材料合成爐類似，但是四壁密封前期模擬一直存在一個問題，如采用四壁密封邊界溫度場符合要求，但是爐內壓力出現負壓，這說明此類邊界設置還是有問題。
本期采用多孔介質模型，將爐體頂部設置為壓力出口，熱源上部至頂部區域為多孔過渡區域。
頂部使用fluent的pressure-outlet邊界條件
溫度場
壓力場
壓力容器內的熱-流多物理場耦合數值仿真 ￥1000
<p>本案例建立了一壓力容器，考慮了兩種計算工況：（1）全開A口，關閉B口，關閉C口；（2）全開A口和B口，開放C口，容器內的速度場、溫度場和壓力場的動態變化分布。仿真結果展示如下所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202204/imgs/342d08917781496b810f4fcd22fe8364.png" alt="m1.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>幾何模型</strong></p><div contenteditable="false" width="100%">
<img src="https://img.jishulink.com/202204/imgs/4f1eace9fa1d4d2fbe7753f109b4d5a9.gif" title="Untitled1-速度.gif" alt="Untitled1-速度.gif" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202204/imgs/4f1eace9fa1d4d2fbe7753f109b4d5a9.gif?image_process=/format,webp/quality,q_40/resize,w_400" data-pc-src="https://img.jishulink.com/202204/imgs/4f1eace9fa1d4d2fbe7753f109b4d5a9.gif?
展開 ls-dyna模擬流場壓力梯度（靜水壓） ￥30
靜水壓數值模擬
k文件見附件
S-ALE模擬波浪環境下流場的壓力梯度 ￥88
附件K文件為基于S-ALE模擬波浪環境中流場梯度的設置
上圖分別為頁面運動情況以及流場的壓力梯度云圖，S-ALE通過邊界的設定與流場壓力的組合模擬了在波浪環境下流暢的壓力梯度。基于此可以進行研究其他在波浪環境下與梯度相關的數值模擬。
裂隙中的流固耦合仿真方法
我們激活了 多孔彈性接口以實現固體和流體方程之間的直接耦合，定義了巖石基質和裂隙的材料特性和本構方程，將巖石/裂隙特性，例如孔隙率、儲水和滲透率定義為局部應力/壓力狀態的函數，來實現間接耦合。我們還定義了力學和水力邊界條件。
第三步:計算解
我們在兩個連續的階段運行模型。在第一階段，系統在給定的原位應力和壓力條件下達到初始平衡（通過斜坡加載）。在第二階段，我們模擬系統對流體注入或地下開挖等工程活動的響應。
仿真實例
示例1:裂隙巖石中的流體注入
我們將建立的模型用于模擬受流體注入影響的裂隙巖石的流體力學行為（參考文獻 1）。使用該模型，我們可以真實地表征裂隙多孔介質中的壓力擴散，完整巖石中由脆性和疲勞引起的損傷以及裂隙結構對流體力學過程的重要影響（圖2）。我們還能夠直觀地查看裂隙巖石中損傷、應力和壓力場的詳細演變，并進一步研究多孔彈性對驅動系統中新損傷傳播的基本控制（圖 3）。根據模擬結果，我們還可以分析由完整巖石脆性破壞和（或）天然裂隙摩擦滑動引起的誘發地震活動的時空演變（圖4）。
圖2 注液過程中裂隙巖石的壓力演化與損傷擴展。
圖3 查看(a)損傷的分布情況;(b)應力比(即局部最大主應力與局部最小主應力的比值);(c)裂隙巖石局部區域的流體壓力(通過高度表達式顯示)。
圖4 低、高裂隙密度分別為 0.5 和 1.5 的裂隙巖石中誘發地震活動的空間分布和演化規律。
示例2:裂隙巖石的地下開挖
該模型也可用于模擬裂隙巖石中開挖引起的擾動以及由此產生的瞬態流體力學行為（參考文獻4）。
展開 COMSOL井筒井壁模型匯總
具體分析了巖石彈性模量、地應力和井眼液柱壓力對應力場的影響。
算例參數的取值
各參數對井眼應力場的影響3D圖如下。
圖1 井眼應力場變化的3D圖
圖2 井眼應力場變化的切片圖
（1）彈性模量
彈性模量對井眼應力場的影響可以用下圖表示。
圖3 彈性模量和井眼應力關系曲線
由圖可知，彈性模量對近井區域的應力場分布狀態沒有影響，近井區域應力集中值的大小是由地應力、孔隙壓力和液柱壓力等參數確定；但是彈性模量會影響巖石材料何時何大發生屈服。隨著彈性模量的增大，巖石材料的屈服值呈現逐漸增大的趨勢。
（2）最小水平應力
最小水平應力對井眼應力的影響可以用下圖表示。
圖4 最小水平應力和井眼應力關系曲線
由圖可知，隨著最小水平應力的增大，井眼應力呈現逐漸增大的趨勢，但井眼應力場分布特征變化不大，井眼應力場分布逐漸呈現軸對稱。
（3）液柱壓力
液柱壓力對井眼應力的影響可以用下圖表示。
圖5 液柱壓力和井眼應力關系曲線
由圖可知，隨著液柱壓力的增大，井眼應力呈現逐漸減小的趨勢，井眼形狀逐漸變成圓形，當液柱壓力和最大水平應力一致時，內外壓力平衡。
9、應用COMSOLMultiphysics分析多分支縫初始裂縫起裂點
根據近井區域壓裂井眼的有限元模擬結果，可以確定初始裂縫的起裂點。由軟件輸出的馮-米塞斯應力圖，可確定應力圖中只存在一個對稱的應力集中區，如下圖所示。由圖可知，隨著液柱壓力的增大，近井區域在X軸的井眼發生一對應力集中。這一對應力集中區是在壓裂過程中，裂縫最容易起裂和延伸的部位。該起裂點稱為起裂點1A。具體如圖所示。
圖1 幾何模型
圖2 應力場分布云圖
對于水力壓裂過程中，形成垂直最小水平主應力的壓裂裂縫，是水力壓裂的經典結論。
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