CN111691848A - 一种控制破碎粒度的全压暂堵结构与设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制破碎粒度的全压暂堵结构与设计方法，包括：盲板暂堵结构为全压结构；能够承受暂堵的流体围压压力；能够在加大流体围压压力时，达到破碎的全通径状态；盲板暂堵结构为半球壳或球壳；通过确定外球半径，内球半径，稳定临界压力，破碎的流体围压压力范围，使压缩破坏在盲板暂堵结构的径向得到控制，评估盲板暂堵结构的全压破碎粒度，重新确定盲板暂堵结构的外球半径和内球半径。本发明利用材料压缩强度大，储存应变能高，结构断裂能量释放大的原理，实现了一种稳定暂堵压力基础，界定破碎压力范围，破碎结构粒度充分，达到全通径的应用结构和设计方法，为管道中的流体暂堵提供一种新的设计方法和全压破碎结构。

Description

一种控制破碎粒度的全压暂堵结构与设计方法

技术领域

本发明涉及石油、水利技术领域，更具体的涉及一种控制破碎粒度的全压暂堵结构与设计方法。

背景技术

现在常用的暂堵结构有机械类的、材料类的和可溶类的盲板暂堵结构。暂堵结构属于一次性的消耗结构，例如石油水平井套管下入困难是因为摩阻较大，所以常用暂堵技术来减小水平段套管的自重摩擦阻力，套管下入完成后又需要全通径开启，碎屑随流体循环带走。还有石油完井上应用的暂堵桥塞，以及水利管道中应用的暂堵剂等等。从管道的暂堵到全通径开启的一个重要技术指标，就是对盲板结构破碎粒度的控制。工程应用中总是希望暂堵结构具有一定的暂堵压力，提高压力后暂堵完全消失，结构破碎粒度越小越好，不要影响后续使用。

申请号为CN201120119090.8的发明创造公开了一种免钻式漂浮接箍，由接头本体、环形套和盲板组成，在接头本体上端中心孔内的环形台阶上放置圆形盲板(采用熟料、玻璃或者合成树脂)，完成下套后，靠液体压力打碎盲板，形成套管正常通径。申请号为CN201720830991.5的发明创造公开了一种高强度自溶式接箍，采用自溶式高强度材料制成的承压板，当完成下套管作业，通过井口憋压，释放溶解液溶解承压板，形成套管正常通径。《石油机械》2016.44的文献报道了一种新型滑套式漂浮接箍的结构和特点。《西部探矿工程》2013.25的文献探讨了滑套式漂浮接箍的原理与特点。《科技创新导报》2014.11的文献报道了盲板式漂浮接箍技术。

上述盲板式漂浮接箍的技术都具有较好的暂堵应用效果，但是机械类滑套式的暂堵结构遇到管道变形又堵上了，存在一定的风险；材料类平板式暂堵结构的破碎粒度不受控，完全依赖材料本身的特性，同样暂堵压力技术条件下，破碎的碎屑多，粒度大了可能限制流道；可溶解类的暂堵结构需要溶剂和时间周期，工艺上不便捷。上述文献数据检索，未见到控制破碎粒度的盲板暂堵结构的文献报道。

发明内容

本发明实施例提供一种控制破碎粒度的全压暂堵结构与设计方法，用以解决现有技术中存在的堵死风险、粒度不受控、碎屑多和工艺性差的问题。

本发明实施例提供一种控制破碎粒度的全压暂堵结构，包括盲板暂堵结构；

所述盲板暂堵结构为全压结构；能够承受暂堵的流体围压压力；能够在加大流体围压压力时，达到破碎的全通径状态；其中，所述盲板暂堵结构为半球壳或球壳；所述全压结构为在流体围压下设计的无矩、均布应力结构，且应力梯度要求小；

所述盲板暂堵结构，采用脆性材料制作。

进一步地，所述脆性材料的特性包括：材料压缩强度、材料压缩强度、材料强度分散特性；且所述材料压缩强度大于所述材料压缩强度的3～7倍；所述材料强度分散特性，通过正态分布函数f(x)表征：

式中，期望值H为压缩强度均值；δ为材料分散性标准差。

进一步地，所述脆性材料包括：玻璃、钢化玻璃、微晶玻璃。

本发明实施例还提供一种控制破碎粒度的全压暂堵结构设计方法，所述控制破碎粒度的全压暂堵结构包括盲板暂堵结构，所述盲板暂堵结构为半球壳或球壳；

确定盲板暂堵结构的外球半径；

根据暂堵的流体围压压力和外球半径，确定盲板暂堵结构的内球半径；

根据外球半径和内球半径，确定盲板暂堵结构的稳定临界压力；

采用纯压缩破坏准则，根据外球半径和内球半径，确定盲板暂堵结构破碎的流体围压压力范围；

采用压缩破坏的莫尔强度理论，控制盲板暂堵结构压缩应力梯度相对压缩应力的变化不超过2％，使压缩破坏在盲板暂堵结构的径向得到控制；

采用断裂能理论，通过对比钢化玻璃内能与冲击裂纹释放的断裂能量关系、和盲板暂堵结构内能与压溃裂纹释放的断裂能量关系，评估盲板暂堵结构的全压破碎粒度；

重新确定盲板暂堵结构的外球半径和内球半径。

进一步地，通过下式，确定盲板暂堵结构的外球半径SR1：

SR1＝Φ/2

其中，Φ为圆管道内的全通直径。

进一步地，通过下式，确定盲板暂堵结构的内球半径SR0：

其中，σ_Cb为压缩强度均值；δ为材料分散性标准差；p为暂堵流体围压压力。

进一步地，通过下式，确定盲板暂堵结构的稳定临界压力p_cr：

其中，E为材料的弹性模量；μ是材料的泊松比。

进一步地，通过下式，确定盲板暂堵结构破碎的流体围压压力q_c范围：

进一步地，通过下式，控制盲板暂堵结构压缩应力梯度相对压缩应力的变化不超过2％，使压缩破坏在盲板暂堵结构的径向得到控制：

2r^A+r·SRO³-150SRO³≥0and r≤SRO

其中，r为盲板暂堵结构半径的自变量；当r大于SR0时，盲板暂堵结构虽属于全压结构，但是其破碎粒度不可控；当r等于SR0时，盲板暂堵结构属于全压结构，其破碎粒度可控；当r和SR0为无穷小时，盲板暂堵结构相当于立柱压缩破坏，此时盲板暂堵结构为无应力梯度的全压结构，其破碎粒度最理想，能够达到粉末级别控制。

进一步地，采用断裂能理论，通过对比钢化玻璃内能与冲击裂纹释放的断裂能量关系、和盲板暂堵结构内能与压溃裂纹释放的断裂能量关系，评估盲板暂堵结构的全压破碎粒度，具体包括：

假设试样和结构的破碎是均布的，以及盲板暂堵结构是单应力状态，则：

钢化玻璃内能与冲击裂纹释放的断裂能量关系为：

式中，E_e为单位体积下钢化的内应变能，G_c为线性材料断裂的能量释放率，h₀为试样厚度，m为试样纵向或横向裂纹条数，L为裂纹贯穿结构的长度，σ_i为钢化内应力峰值，取值100MPa；

半球壳全压结构内能与压溃裂纹释放的断裂能量关系为：

式中，W_e为单位体积全压下的应变能，h₁为半球壳厚度，n为半球壳结构径向或周向裂纹条数，R为半球壳的中径，σ_Cb为玻璃材料压缩强度；

对比以上两式，再考虑流体透波损失的能量，则计算破碎颗粒数n为：

式中，ρ_gC₀为玻璃中应力波的阻抗，ρ_fC₁为流体中应力波的阻抗；

全压结构的裂纹数量高于钢化玻璃的裂纹数量两个数量级，破碎粒度能够得到保证。

本发明实施例提供一种控制破碎粒度的全压暂堵结构与设计方法，与现有技术相比，其有益效果如下：

针对现有盲板暂堵结构的颗粒大、风险高、碎屑多和工艺性差的问题，本发明提出了压缩应力均匀分布的全压破碎结构及其设计方法，利用材料压缩强度大，储存应变能高，结构断裂能量释放大的原理，实现了一种稳定暂堵压力基础，界定破碎压力范围，破碎结构粒度充分，达到全通径的应用结构和设计方法，为管道中的流体暂堵提供一种新的设计方法和全压破碎结构。

附图说明

图1a为本发明实施例提供的全压暂堵结构主视图；

图1b为本发明实施例提供的全压暂堵结构三维图；

图2为本发明实施例提供的一种控制破碎粒度的全压暂堵结构设计方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1a～1b，本发明实施例提供一种控制破碎粒度的全压暂堵结构，该结构包括：盲板暂堵结构，盲板暂堵结构就是一个等壁厚的半球壳结构，即要求能够承受暂堵的流体围压压力p，还要求能够在需要时加大流体围压压力q，达到破碎的全通径状态。

盲板暂堵结构的材料要求使用玻璃、钢化玻璃或微晶玻璃等脆性材料，利用了其破碎后颗粒小，呈粒珠态的无害特征。

盲板暂堵结构参数设计包括内球半径SR0和外球半径SR1，结构如图1a～1b所示。

盲板暂堵结构设计原则是设计全压结构，就是在围压下设计无矩、均布应力的结构，并且全压结构的应力梯度要求足够小。因此围压下全压结构指向只有一种结构，就是半球壳或球壳。其它圆弧壳、拱壳、板壳和锥壳等都不符合无矩、小应力梯度的均匀压缩态。

脆性材料特性是指其拉伸强度σ_Tb和压缩强度σ_Cb差异性大的特性，通常压缩强度大于拉伸强度3～7倍。还指材料强度分散特性，常用正态分布函数f(x)表征：

式中，期望值H为压缩强度均值σ_Cb，以及分散性标准差为δ。

参见图2，本发明实施例提供一种控制破碎粒度的全压暂堵结构设计方法，控制破碎粒度的暂堵结构设计方法就是控制半球壳结构的内球半径SR0和外球半径SR1两个参数。为了实现控制破碎粒度，，需要设计全压暂堵结构的盲板，具体盲板暂堵结构设计方法包括如下几个步骤：

1)外球半径SR1确定

根据圆管道内的全通径Φ，设计外球半径SR1近似等于全通半径Φ/2即为：

SR1＝Φ/2

2)内球半径SR0计算

根据盲板暂堵结构的暂堵流体压力p和外球半径SR1，在钢化玻璃材料的压缩强度期望值H＝σ_Cb和材料分散性的标准差δ基础上，可以计算出半球壳结构的承压可靠性达到99.7％的内球半径SR0表达式如下：

3)结构稳定性校核

这样计算的结构往往是薄壁的球壳结构，因此仍然需要进一步核实结构稳定性的临界压力p_cr，用如下判据：

式中，E为材料的弹性模量；μ是材料的泊松比。

4)结构破碎压力界定

理论计算得知，围压下半球壳和球壳结构的破坏关键点在于半球壳的内壁。脆性材料的强度判据常用摩尔强度准则，考虑半球壳结构内壁破坏是全压破坏，即纯压缩破坏，则摩尔强度准则退化为纯压缩破坏准则。这里界定了半球壳结构破碎的围压压力q_c范围为：

5)结构应力梯度控制

围压下球壳或半球壳的应力分布水平均匀，是保证结构破碎粒度的前提。脆性材料的结构破碎之前，理论上围压下半球壳结构的应力分布如下：

式中，r是半球壳结构半径的自变量，σ_r是结构内径向应力，σ_θ是结构内环向应力，

是结构内周向应力。

围压下半球壳轴对称结构内的剪应力等于零，球壳面就是主应力面，其中三个主应力分别如下：

σ₁＝0；σ₂＝σ_r；σ₃＝σ_θ

可见本结构在环向和周向方向均处于无矩、均布应力状态，但是在厚度的径向却存在一定应力梯度。进一步对径向求导，得到半球壳结构围压下的应力梯度分布：

设计要控制结构的应力梯度，就要保证压缩破坏在径向的有序展开，防止结构出现主应力方向剧变的层间破坏，破碎粒度大小分布不受控。根据压缩破坏的莫尔强度理论，初步控制结构压缩应力梯度相对压缩应力的变化不超过2％，给出一个结构压缩破坏的初级控制方程，来保证以压缩破坏为主的方向控制。

即控制方程为：2r^A+r·SRO³-150SRO³≥0and r≤SRO。

当r大于SR0时，半球壳结构虽属于全压结构，但是其破碎粒度不可控。

当r等于SR0时，半球壳结构属于全压结构，其破碎粒度可以控制。

当r和SR0是无穷小时，半球壳结构相当于立柱压缩破坏。此时结构是无应力梯度的全压结构，其破碎粒度也最理想，能够达到粉末级别的控制。

6)结构破碎粒度评估

一旦钢化玻璃受到冲击和全压结构被有序压溃，其内应力存储的应变能会瞬间以拉伸波的形式释放，表现为结构的多裂纹分叉和纵横裂纹的释放能量。这里借用钢化玻璃的破碎标准，即在50mm×50mm的试样上冲击破碎粒珠达到40粒～70粒，应用断裂能理论来对比评估半球壳结构的全压破碎粒度。假设试样和结构的破碎是均布的，以及结构是单应力状态，则：

A、钢化玻璃内能与冲击裂纹释放的断裂能量关系为：

式中，E_e是单位体积下钢化的内应变能，G_c是线性材料断裂的能量释放率，h₀是试样厚度，m是试样纵向或横向裂纹条数，L是裂纹贯穿结构的长度，σ_i是钢化内应力峰值，约为100MPa。

B、半球壳全压结构内能与压溃裂纹释放的断裂能量关系为：

∫We dv＝Gv·h₁·2π·n·R

式中，W_e是单位体积全压下的应变能，h₁是半球壳厚度，n是半球壳结构径向或周向裂纹条数，R是半球壳的中径，σ_Cb是玻璃材料压缩强度，约为800MPa。

C、对比评估全压结构破碎粒度

对比以上两式，再考虑流体透波损失的能量，则计算破碎颗粒数n为。

式中：ρ_gC₀是玻璃中应力波的阻抗，ρ_fC₁是流体中应力波的阻抗。可见全压结构的裂纹数量高于钢化玻璃试样两个数量级，破碎粒度能够得到保证。

7)结构定型

设计确定半球壳设计的控制尺寸SR0和SR1，结构定型，设计结束。如果结构稳定性的临界压力不足，则保持外半径尺寸不变，在计算尺寸的范围内适当调整内半径，以增大壳体壁厚提高稳定性。如果结构应力梯度的控制超差2％，适当减少内半径。

本发明是在球壳结构、材料特性和力学基础上完成的。本发明的结构是一种围压下的全压暂堵结构，本发明的设计方法由7个步骤组成：确定外球径、计算内求径、校核稳定性、界定破碎压力、控制应力梯度、评估破碎粒度、结构定型。

具体实施例：

针对一种API标准5-1/2吋套管内使用盲板结构的工况，工况尺寸参数为套管外径Φ139.7mm，内台阶直径130mm，内通直径120mm，套管内耐压级别75MPa。

控制破碎粒度的暂堵结构设计方法就是控制半球壳结构的内球半径SR0和外球半径SR1两个参数。为了实现控制破碎粒度，需要设计全压暂堵结构的盲板。具体盲板暂堵结构设计方法包括如下几个步骤：

1)外球半径SR1确定

根据套管内台阶全通径Φ130mm，设计外球半径SR1近似等于全通半径Φ/2即为。

SR1＝Φ/2＝65mm

2)内球半径SR0计算

根据盲板暂堵结构的暂堵流体压力p＝40MPa和外球半径SR1，在钢化玻璃材料的压缩强度期望值H＝σ_Cb＝765MPa和材料分散性的标准差δ＝92MPa基础上，可以计算出半球壳结构的承压可靠性达到99.7％的内球半径SR0表达式如下：

3)结构稳定性校核

这样计算的结构往往是薄壁的球壳结构，因此仍然需要进一步核实结构稳定性的临界压力p_cr，用如下判据：

式中，E＝69GPa为材料的弹性模量；μ＝0.22是材料的泊松比。

4)结构破碎压力界定

理论计算得知，围压下半球壳和球壳结构的破坏关键点在于半球壳的内壁。脆性材料的强度判据常用摩尔强度准则，考虑半球壳结构内壁破坏是全压破坏，即纯压缩破坏，则摩尔强度准则退化为纯压缩破坏准则。这里界定了半球壳结构破碎的围压压力q_c范围为：

5)结构应力梯度控制

围压下球壳或半球壳的应力分布水平均匀，是保证结构破碎粒度的前提。脆性材料的结构破碎之前，理论上围压下半球壳结构的应力分布如下：

式中，r是半球壳结构半径的自变量，σ_r是结构内径向应力，σ_θ是结构内环向应力，σ_φ是结构内周向应力。

围压下半球壳轴对称结构内的剪应力等于零，球壳面就是主应力面，其中三个主应力分别如下：

σ₁＝0；σ₂＝σr；σ₃＝σ_θ

可见本结构在环向和周向方向均处于无矩、均布应力状态，但是在厚度的径向却存在一定应力梯度。进一步对径向求导，得到半球壳结构围压下的应力梯度分布：

设计要控制结构的应力梯度，就要保证压缩破坏在径向的有序展开，防止结构出现主应力方向剧变的层间破坏，破碎粒度大小分布不受控。根据压缩破坏的莫尔强度理论，初步控制结构压缩应力梯度相对压缩应力的变化不超过2％，给出一个结构压缩破坏的初级控制方程，来保证以压缩破坏为主的方向控制：

即控制方程为：2r⁴+r·SRO³-150SRO³≥0and r≤SRO。

当r大于SR0的时候，半球壳结构属于全压结构，但是其破碎粒度不可控。

当r等于SR0的时候，半球壳结构属于全压结构，其破碎粒度可以控制。

当r和SR0是无穷小的时候，半球壳结构相当于立柱压缩破坏。此时结构是无应力梯度的全压结构，其破碎粒度也最理想，能够达到粉末级别的控制。

6)结构破碎粒度评估

一旦钢化玻璃受到冲击和全压结构被有序压溃，其内应力存储的应变能会瞬间以拉伸波的形式释放，表现为结构的多裂纹分叉和纵横裂纹的释放能量。这里借用钢化玻璃的破碎标准，即在50mm×50mm的试样上冲击破碎粒珠达到40粒～70粒，应用断裂能理论来对比评估半球壳结构的全压破碎粒度。假设试样和结构的破碎是均布的，以及结构是单应力状态，则：

A、钢化玻璃内能与冲击裂纹释放的断裂能量关系为。

式中，E_e是单位体积下钢化的内应变能，G_c是线性材料断裂的能量释放率，h₀＝5.0mm是试样厚度，m＝4～6条，是试样纵向或横向裂纹条数，L＝50mm是贯穿结构的裂纹长度，σ_i是钢化内应力峰值，约为100MPa。

B、半球壳全压结构内能与压溃裂纹释放的断裂能量关系为。

∫We dv＝Gc·h₁·2π·n，R

式中，W_e是单位体积全压下的应变能，h₁＝SR1-SR0是半球壳厚度，n是半球壳结构径向或周向裂纹条数，R＝(SR1+SR0)/2是半球壳的中径，σ_Cb是玻璃材料压缩强度，约为800MPa。

C、对比评估全压结构破碎粒度

对比以上两式，再考虑流体透波损失的能量，则计算的破碎颗粒数n为。

式中：ρ_gC₀是玻璃中应力波的阻抗，ρ_fC₁是流体中应力波的阻抗。

可见全压结构的裂纹数量高于钢化玻璃试样两个数量级，破碎粒度能够得到保证。

7)结构定型

设计确定半球壳设计的控制尺寸SR0和SR1，结构定型，设计结束。

本发明是在球壳结构、材料特性和力学基础上完成的。本发明的结构是一种围压下的全压暂堵结构，本发明的设计方法由7个步骤组成：确定外球径、计算内求径、校核稳定性、界定破碎压力、控制应力梯度、评估破碎粒度、结构定型。总结的实施例列表，参见表1。

表1实施例总结

综上所述，与现有技术相比，本发明具有4个特点：

1)承压可靠性保证：暂堵工作压力的保证

基于材料压缩强度及其分散性，根据在围压条件下半球壳结构的应力水平，可以计算出承压可靠度为99.7％的结构参数，是全压暂堵结构设计基础。

2)破碎的边界界定：全压暂堵结构破碎极限的确定。

基于材料压缩强度及其分散性，根据在围压条件下半球壳结构应力水平，同样可以计算全压结构破碎可靠度为99.7％的围压载荷，是界定工作压力极限。

3)破碎粒度充分：全通径的低风险控制手段

钢化玻璃材料的球对称壳的全压暂堵结构表现出来的高承压特征，既是结构高承压特点，也是脆性材料耐压特点。设计结果是结构所用材料极少，破碎储能极大，断裂释放能量充分，结构破碎粒度可控，全通径有保证。

4)新颖性：结构的破碎粒度评估理论具有创新性

应用断裂动力学原理，超越传统试验评估方法，建立了结构的破碎粒度评估方法，在理论应用方法上具有创新性。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种控制破碎粒度的全压暂堵结构，其特征在于，包括盲板暂堵结构；

所述盲板暂堵结构为全压结构；能够承受暂堵的流体围压压力；能够在加大流体围压压力时，达到破碎的全通径状态；其中，所述盲板暂堵结构为半球壳或球壳；所述全压结构为在流体围压下设计无矩状态下的均布应力结构，且应力梯度的变化要小；

所述盲板暂堵结构，采用脆性材料制作。

2.如权利要求1所述的控制破碎粒度的全压暂堵结构，其特征在于，所述脆性材料的特性包括：材料压缩强度、材料拉伸强度、材料强度分散特性；且所述材料压缩强度大于所述材料拉伸强度的3～7倍；所述材料强度分散特性，通过正态分布函数f(x)表征：

式中，期望值H为压缩强度均值；δ为材料分散性的标准差。

3.如权利要求1或2所述的控制破碎粒度的全压暂堵结构，其特征在于所述脆性材料包括：玻璃、钢化玻璃、微晶玻璃。

4.一种控制破碎粒度的全压暂堵结构设计方法，其特征在于，所述控制破碎粒度的全压暂堵结构包括盲板暂堵结构，所述盲板暂堵结构为半球壳或球壳；

确定盲板暂堵结构的外球半径；

根据暂堵的流体围压压力和外球半径，应用板壳结构的弹性力学理论，采用脆性材料压缩破坏的莫尔强度准则，设计盲板暂堵结构的内球半径尺寸；

根据外球半径和内球半径，确定盲板暂堵结构稳定的临界压力；

根据外球半径和内球半径，确定盲板暂堵结构破碎的流体围压范围；

在板壳结构弹性力学，控制盲板暂堵结构压缩应力梯度相对压缩应力的变化不超过2％，使压缩破坏在盲板暂堵结构的径向得到控制；

采用断裂能理论，通过对比钢化玻璃内能与冲击裂纹释放的断裂能量关系、和盲板暂堵结构内能与压溃裂纹释放的断裂能量关系，评估盲板暂堵结构的全压破碎粒度；

重新确定盲板暂堵结构的外球半径和内球半径。

5.如权利要求4所述的控制破碎粒度的全压暂堵结构设计方法，其特征在于，通过下式，确定盲板暂堵结构的外球半径SR1：

SR1＝Φ/2

式中，Φ为圆管道内的全通径。

6.如权利要求5所述的控制破碎粒度的全压暂堵结构设计方法，其特征在于，通过下式，确定盲板暂堵结构的内球半径SR0：

式中，σ_Cb为压缩强度均值；δ为材料分散性标准差；p为暂堵流体围压压力。

7.如权利要求6所述的控制破碎粒度的全压暂堵结构设计方法，其特征在于，通过下式，确定盲板暂堵结构的稳定临界压力p_cr：

式中，E为材料的弹性模量；μ是材料的泊松比。

8.如权利要求6所述的控制破碎粒度的全压暂堵结构设计方法，其特征在于，通过下式，确定盲板暂堵结构破碎的流体围压压力q_c范围：

9.如权利要求6所述的控制破碎粒度的全压暂堵结构设计方法，其特征在于，通过下式，控制盲板暂堵结构压缩应力梯度相对压缩应力的变化不超过2％，使压缩破坏在盲板暂堵结构的径向得到控制：

2r⁴+r·SR0³-150SR0³≥0 and r≤SR0

其中，r为盲板暂堵结构半径的自变量；当r大于SR0的时候，盲板暂堵结构虽属于全压结构，但是其破碎粒度不可控；当r等于SR0的时候，盲板暂堵结构属于全压结构，其破碎粒度可控；当r和SR0为无穷小时，盲板暂堵结构相当于立柱压缩破坏，此时盲板暂堵结构为无应力梯度的全压结构，其破碎粒度也最理想，能够达到粉末级别的控制。

10.如权利要求6所述的控制破碎粒度的全压暂堵结构设计方法，其特征在于，采用断裂能理论，通过对比钢化玻璃内能与冲击裂纹释放的断裂能量关系、和盲板暂堵结构内能与压溃裂纹释放的断裂能量关系，评估盲板暂堵结构的全压破碎粒度，具体包括：

假设试样和结构的破碎是均布的，以及盲板暂堵结构是单应力状态，则：钢化玻璃内能与冲击裂纹释放的断裂能量关系为：

式中，E_e为单位体积下钢化的内应变能，G_c为线性材料断裂的能量释放率，h₀为试样厚度，m为试样纵向或横向裂纹条数，L为裂纹贯穿结构的长度，σ_i为钢化内应力峰值；

半球壳全压结构内能与压溃裂纹释放的断裂能量关系为：

式中，W_e为单位体积全压下的应变能，h₁为半球壳厚度，n为半球壳结构径向或周向裂纹条数，R为半球壳的中径，σ_Cb为玻璃材料压缩强度；

对比以上两式，再考虑流体透波损失的能量，则计算破碎颗粒数n为：

式中，ρ_gC₀为玻璃中应力波的阻抗，ρ_fC₁为流体中应力波的阻抗；

全压结构的裂纹数量高于钢化玻璃的裂纹数量两个数量级，破碎粒度能够得到保证。

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