[发明专利]一种基于裂纹失效机理的纳米SiO2改性复合材料中纳米SiO2含量的优选方法

说明书

本发明涉及一种基于裂纹失效机理的纳米SiO₂改性复合材料中纳米SiO₂含量的优选方法。主要包括：计算得出球形纳米SiO₂张量的分量；分别构建基体和纳米SiO₂的体积分数表达式；分别计算得出基体和纳米SiO₂的模量张量的分量；构建纳米SiO₂改性复合材料模型；计算得出改性复合材料的泊松比；计算得出改性复合材料裂纹应力强度因子，得出使改性复合材料达到最佳改性效果所需要的纳米SiO₂粒子质量分数。本发明提供的方法通过改性复合材料的裂纹应力强度因子与纳米颗粒含量的关系对纳米SiO₂粒子的含量进行优选，有效地通过调整纳米SiO₂的含量来得到增强纳米SiO₂改性复合材料的韧性。

技术领域：

本发明涉及一种基于裂纹失效机理的纳米SiO₂改性复合材料中纳米SiO₂含量的优选方法，属于油气开采储层改造技术领域。

背景技术：

油气井出砂是疏松砂岩油气藏开采面临的主要矛盾。目前油田应用最广泛的化学防砂方法是树脂固结人工井壁防砂法，决定其成败的关键因素是树脂固结性能的优良性和有效期。同领域的研究通常着眼于复合材料的细观结构简化，并以此为基础建立材料的力学模型，对材料内部结构做出一定的假设，把实际材料简化成数学上较易处理或能够处理的模型，从而进行进一步分析。当今技术阶段对树脂性能的评价大多停留在实验测定的宏观分析层面，无法解释树脂固结物的失效机理。由于树脂基复合材料有着非常复杂的细观结构，故想要对树脂材料的力学性能和失效机理进行精确分析非常困难。

中国专利文献CN109880283A公开了一种表面修饰的纳米二氧化硅改性酚醛树脂的制备方法，该方法实现了纳米SiO₂改性树脂复合材料的制备，但未能给出纳米SiO₂改性树脂防砂体的力学性能评价方法，无法对所制得的材料进行性能评测。

中国专利文献CN111171486A公开了一种改性PMMA复合材料制备及性能测试研究方法，该方法提出了一种通过控制变量法对添加纳米SiO₂粒子的PMMA复合材料的力学性能进行分析的性能测试方法。但该方法仅从材料性能增强方面进行了研究，未考虑材料内在破坏失效机理，因而得出的结论存在一定片面性。

发明内容：

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于裂纹失效机理的纳米SiO₂改性复合材料中纳米SiO₂含量的优选方法。本发明通过数值解析方法对纳米SiO₂改性复合材料中纳米SiO₂模量和基体模量比对纳米SiO₂改性复合材料弹性模量的影响进行分析，结合裂纹扩展形成宏观裂缝导致纳米SiO₂改性复合材料失效理论，在对理论模型的分析基础上推导出纳米SiO改性复合材料弹性模量的预测模型，最终通过纳米SiO₂改性复合材料的裂纹应力强度因子与纳米SiO₂颗粒含量的关系对纳米SiO₂颗粒的含量进行优选。

本发明的技术方案如下：

一种基于裂纹失效机理的纳米SiO₂改性复合材料中纳米SiO₂含量的优选方法，包括如下步骤：

步骤1：根据基体的弹性模量与泊松比和纳米SiO₂的弹性模量与泊松比，计算得出球形纳米SiO₂张量的分量；

步骤2：分别构建基体和纳米SiO₂的体积分数表达式；

步骤3：分别计算得出基体和纳米SiO₂的模量张量的分量；