现代CAE大作业
学号 201120263 班级 硕11级15班 日期 2012-6-19 姓名 韩明彬
现代CAE
现代CAE大作业
一． 井眼稳定性与井筒压力
地层岩石弹性模量6.54×103MPa，泊松比：0.22，内聚力：18MPa，内摩擦角：28°。地应力?1=50MPa，?2=(10~50)MPa，井筒内压p=(0~40)MPa，井眼直径220mm，取井眼周围约15倍井眼直径范围进行分析(即取3.0m)，用弹性和弹塑性有限元分析井眼径向位移变化、井壁周围的应力变化和井眼稳定性讨论。 要求： 1. 用APDL编程序。
2. 结果要求Word文件分析报告。 3. 报告中曲线用Excell生成。
1. 井壁周围的应力变化 设定：?2=30MPa，p=10MPa
为便于对岩石的破坏失效进行分析，所以分析得到的结果表示为Von Mises状态应力，如图1-a所示。由图可知，最大及最小主应力均发生在井眼的周围。当?2为30MPa时，井眼所受的最小和最大主应力分别为19.454MPa和93.055MPa。
单位MPa
图1-a Von Mises 应力状态图
井眼局部放大图如图1-b，可看出如果以X轴的正方向为起始方向，那么最
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小的应力出现在以X轴逆时针90o的井眼处，即Y轴方向；而最小的应力出现在X轴重合的方向。
单位MPa
图1-b ?1=50MPa，?2=30MPa，井筒内压p=10MPa时，Von Mises应力状态图
2. 井眼径向位移变化
沿井眼边缘，取出周向的Von Mises应力，可用Excel绘出图1-c曲线图。
100908070SEQV(MPa)6050403020100050100沿路径长度S(mm)150200
3. 井眼稳定性讨论
当井眼在X和Y方向上同时受压时，两个方向的应力作用方向不变，其中一个应力大小不变的情况下，两个力的值越接近，井眼越稳定。 4. 解答（Von Mises应力分析）：
采用ANSYS10.0进行分析。根据题目中所给的地应力?2=(10~50)MPa，先选取?2=20MPa进行分析。由于题目为对称问题，所以取图形的1/4建模。得到的APDL命令流如下：
finish /clear
!-----（进入前处理器）------- /PREP7
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a=1500 ! 模型尺寸(mm) b=1500
r=110 ! 井眼半径(mm) !------(地应力)----------------
p1=50 ! 最大水平地应力50(MPa) p2=30 ! 最小水平地应力10～50(MPa)
p0=10 ! 井筒压力0～40(MPa) ex1=6.54e3 ! 弹性模量(MPa) nu1=0.22 ! 泊松比 cx=18 ! 内聚力(MPa) ct1=28 ! 内摩擦角(°) ET,1,PLANE82 !设置单元类型 KEYOPT,1,3,2 ! 定义平面应变问题 !* 材料力学特性参数 MP,EX,1,ex1
! 第一种材料的弹性模量是ex1 MP,PRXY,1,nu1
! 第一种材料的泊松比是nu1 !---(Druck-Prager材料参数)------------- TB,DP,1,,, !定义数据表1 TBMODIF,1,1,cx ! 输入内聚力 TBMODIF,1,2,ct1 ! 输入内摩擦角 TBMODIF,1,3,
RECTNG,0,a,0,a, !创建矩形
CYL4,0,0,r !创建圆 asba,1,2 !面A1-A2 LESIZE,9, , ,20,0.2, , , ,1 LESIZE,10, , ,20,0.2, , , ,1 LESIZE,2, , ,20, , , , ,1 !将线L2分割20段 LESIZE,3, , ,20, , , , ,1 !将线L3分割20段 LESIZE,5, , ,20, , , , ,1 !将线L5分割20段
MSHAPE,0,2D !设定四边形网格划分 MSHKEY,0 !设定自由网格划分 AMESH,3 !划分面A3单元网格FINISH !退出该处理层 /SOL !进入求解处理器 DL,9, ,SYMM !在线L9上施加正对称边界条件
DL,10, ,SYMM !在线L10上施加正对称边界条件
SFL,3,PRES,p1, !在线L3上施加压力p1 SFL,2,PRES,p2, !在线L2上施加压力p2 SFL,5,PRES,p0, !在线L5上施加压力p0 solve !计算求解 FINISH !完成该处理层
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