不同耦合介质爆破爆炸能量传递效率研究

不耦合装药爆破可有效降低孔壁峰值压力,改善爆破效果。针对不同耦合介质爆破时爆炸能量的传递问题,考虑岩体应变率效应,理论分析了爆炸作用下岩体变形及破坏特征,得到不同耦合介质爆破时理论爆炸能量的传递效率,并结合数值模拟研究了岩体性质、炸药类别及不耦合装药系数对不同耦合介质爆破时爆炸能量传递效率差异的影响。研究结果表明,爆炸能量传递效率与耦合介质相关,装药结构相同时,水耦合爆破比空气耦合爆破爆炸能量传递效率高;不同耦合介质爆破爆炸能量传递效率的差异受爆破岩体、炸药性质及不耦合装药系数等因素影响;装药系数相同耦合介质不同的爆破,岩体强度越高,不同耦合介质爆炸能量传递效率差别越大;岩体性质相同时,不同耦合介质爆破间能量传递效率差异随不耦合装药系数的增大而增大,对于乳化炸药在粉砂岩中的爆破,不耦合装药系数由1.28增至3.44时,水耦合爆破传递入周围岩体的能量由空气耦合爆破的1.45倍增至6.52倍。研究结果可对优化爆破设计、改善爆炸能量分布提供参考。     

不同耦合介质爆破裂纹动态扩展特性研究

不耦合装药结构能有效改善爆破效果。为探究不同耦合介质对爆破效果的影响，利用透射式数字激光焦散线实验系统，对有机玻璃板(polymethyl methacrylate, PMMA)试件开展水、空气、沙土3种耦合介质的不耦合爆破试验，研究不同耦合介质爆后裂纹形貌，计算裂纹分形维数，定量评价岩石破坏程度。分析裂纹扩展速度与动态应力强度因子变化规律，对比不同耦合介质下爆生裂纹的动态力学行为。结合数值模拟进行辅助分析，解释不同耦合介质对数值模拟中爆破损伤范围、孔壁压力时间曲线和岩石模型的总能量曲线的影响规律。结果表明：水耦合爆后裂纹分形维数最大，炮孔周围裂纹数量众多，主裂纹扩展长度最大，爆破效果最佳。沙土耦合爆破需要更多的能量使裂尖起裂，其动态应力强度因子最大。模拟得到的损伤云图与实验结果一致，水耦合损伤范围最大，空气耦合次之，沙土耦合损伤范围集中在炮孔周围。而孔壁压力时程曲线、能量时程曲线则验证爆破实验结果，表明水耦合爆破能更好地利用爆炸能量，提高试件的破坏效果。     

小不耦合系数装药爆破孔壁压力峰值计算方法

基于轮廓爆破孔壁压力峰值计算方法的相关研究,充分考虑空气冲击波的传播与爆轰产物膨胀的过程,理论分析了小不耦合系数装药爆破过程中空气冲击波与炮孔壁的相互作用,建立了三维空气介质径向不耦合装药单孔爆破有限元模型,研究了工程爆破中常用的多种小不耦合系数装药组合工况下,炸药单点起爆后的炮孔壁压力峰值,并获得了相应工况下的孔壁压力峰值较爆生气体准静态等熵膨胀压力的压力增大倍数。结果表明:小不耦合系数装药爆破过程中,爆轰产物参数会对空气冲击波波后物质参数产生显著影响,揭示了小不耦合系数装药爆破与轮廓爆破在孔壁压力峰值计算方法上的本质差异;柱状装药结构爆轰波沿轴向传播使得空气冲击波撞击炮孔壁时存在叠加效应,孔壁压力峰值也相应增大,通过统计分析不同炸药类型、不同岩石类型工况下压力增大倍数与不耦合系数的关系,发现压力增大倍数随不耦合系数的增大近似呈线性增长;基于理论推导结果及常用爆破孔壁压力峰值计算形式,综合考虑炸药性能、孔壁岩石介质条件、不耦合装药系数对空气冲击波撞击炮孔壁后压力增大倍数的影响,提出了不耦合系数较小时爆破孔壁压力峰值计算方法。     

不耦合装药爆破孔壁压力峰值的实验研究

不耦合装药爆破孔壁压力峰值是控制岩体轮廓成形质量及进行非流固耦合爆破振动响应数值模拟分析的重要参数,本文采用实验方法研究了不耦合装药爆破的孔壁压力峰值:利用材质为20钢的无缝薄壁钢管模拟不耦合装药爆破炮孔,以高灵敏度、高精度的应变片为传感器,选用超动态应变仪采集钢管内置柱状炸药卷爆炸过程中钢管外壁产生的环向应变,应用动荷载作用下薄壁圆筒的动力响应计算方法,反演分析采集的钢管外壁环向应变数据,得到了爆破过程中空气冲击波作用于钢管内壁的冲击荷载压力峰值,间接测量了不耦合装药爆炸后的孔壁压力峰值。实验获得了6种不耦合装药工况下的爆破孔壁压力峰值测试数据,并计算了相应工况下实验值较准静态爆生气体压力的增大倍数,拟合结果表明压力增大倍数随不耦合系数的增大近似呈线性增长。同时也分析了部分试验工况下爆炸测试结果不理想的原因,研究成果可为轮廓爆破孔壁压力峰值的测试与计算提供参考。     

轮廓爆破孔壁压力峰值计算方法

爆破孔壁压力峰值是进行非流固耦合爆破动力响应分析的重要参数。针对轮廓爆破孔壁压力峰值的计算方法问题，理论分析了爆炸冲击波与弹性壁面的相互作用，推导了空气冲击波与弹性壁碰撞后压力增大倍数的理论解，并采用流固耦合动力有限元数值分析方法，研究了3种岩体介质、2种轮廓爆破常用炸药、5种常用不耦合系数、2种轴向装药系数工况下轮廓爆破的冲击波碰撞压力增大倍数和炮孔壁压力峰值。结果表明:轮廓爆破时，爆炸冲击波与孔壁碰撞后压力增大倍数并不是常值，与炸药特性、孔壁介质条件、不耦合装药系数等因素相关，孔壁压力峰值也与上述因素密切相关。基于模拟的孔壁压力峰值数据的统计分析，并结合理论推导成果及常用爆破孔壁压力峰值计算形式，提出了一种新的轮廓爆破孔壁压力峰值计算方法。     

切缝管轴向不耦合装药爆破实验

采用动态应变测试和高速摄影系统，对切缝管空气间隔装药定向断裂爆破机理进行研究。共采用4种装药结构，研究发现:当轴向不耦合系数为1.5时，炮孔两侧测点的应变比最大为2.1，压力持续作用时间达到9 μs，定向断裂效果显著。通过高速摄影测试发现裂纹的扩展速度并不是一个常量，扩展速度呈现震荡变化，并对其形成机理进行分析。在模型实验的基础上，分别采用不耦合装药系数1.5和1.66，进行地下隧道和露天边坡工程爆破现场实验，取得了良好的效果。     

高地应力岩体多孔爆破破岩机制

深部岩体爆破破岩是爆炸荷载与高地应力共同作用的结果。基于一些简化假设，建立了一个高地应力岩体双孔爆破计算模型，采用光滑粒子流体力学-有限元方法耦合数值模拟方法，研究了高地应力作用下炮孔间裂纹的传播及贯通过程，分析了炮孔周围应力场动态演化过程与分布特征。研究结果表明:爆破引起的岩体开裂主要是环向动拉应力所致，地应力对岩体的压缩降低了炮孔周围环向动拉应力、缩短了环向动拉应力的作用时间，因而对爆炸致裂起抑制作用；静水地应力条件下多孔爆破时，垂直于炮孔连线方向传播的爆生裂纹更易受到地应力的抑制；对于高地应力岩体爆破，炮孔间的裂纹扩展长度随地应力水平的提高而减小，裂纹主要沿最大主应力方向扩展，因此沿最大主应力方向布置炮孔、缩短炮孔间距有利于炮孔间裂纹的连接贯通，形成良好的爆破开挖面。     

装药不耦合系数对碳酸盐岩爆炸地震波能量的影响

针对碳酸盐岩中化学爆炸地震勘探激发地震波能量弱、频率高、信噪比低的现状,为对炮孔装药结构提出合理的改进措施,建立了耦合与不耦合装药孔壁爆炸载荷及透射波能量的计算模型,并借助MATLAB编程计算得到解析解.同时在灰岩场地进行了装药不耦合系数Kd对地震波能量影响的现场实验,应用基于功率谱的能量分析方法对实验数据进行了分析....     

平面装药模拟高超压长持续时间爆炸作用

平面装药长持续时间爆炸作用是一种有效的试验手段，对土中平面波传播和土介质与结构相互作用的研究具有十分重要的意义。从理论计算和大型野外试验两个方面对平面装药爆炸作用过程进行了深入研究。在理论计算上，建立了ＴＮＴ装药和真实空气双介质物理模型，利用一维不定常平面流动拉格朗日型偏微分方程组求解，给出了爆腔压力空间分布和地面压力随时间的变化结果。在野外试验中，克服了平面装药模拟高超压作用的许多技术困难，实现了高达４５ＭＰａ的压力加载。文中将理论计算和野外试验结果进行了综合比较，结果表明压力波形的振荡衰减特征完全一致，从而证明了平面装药模拟高超压长持续时间爆炸作用是完全可以实现的有效而可靠的手段。     

岩石爆破的粉碎区及其空腔膨胀

本文根据爆炸冲击波的理论分析,讨论了柱形装药和球形装药的粉碎区半径、炮孔近区的压缩比、爆破空腔及其空腔的发展时间。通过分析,给出柱形装药的爆炸近区参数。计算结果表明:2号铵梯岩石炸药柱形装药在岩石介质中产生的粉碎区半径一般是炮孔半径的1.65～3.05倍,球装药在岩石介质中产生的粉碎区半径是球形装药半径的1.28～1.75倍;柱形装药在孔壁处的冲击波波长与炮孔半径属于同一量级;粉碎区内的平均压缩比为1.05～1.10。     

条形药包空腔爆破的应用及其机理分析

近年来条形药包空腔爆破的应用范围有了一定的扩展,并且在提高爆破效果和控制爆破危害等方面取得了显著效果。本文通过测试资料整理和理论分析,进一步探讨了空腔和条形在爆破中的作用机理以及为什么采用这种装药结构比常用的集中药包偶合装药爆破效果好的道理。     

钨铜药型罩制备及其侵彻性能研究

为了提高钨铜药型罩的侵彻性能和稳定性,在传统钨铜制备方法的基础上,采用机械合金化方法进行混粉,利用旋模压制方法进行压制药型罩毛坯,再在甲醇裂解气体的保护下进行烧结,最终制备出钨铜药型罩.利用排水法测试了烧结前后钨铜药型罩的密度.并将制备出的钨铜药型罩与紫铜板药型罩进行侵彻性能的实验比较.实验结果表明:钨铜药型罩烧结后的密度比烧结前的密度要低一些,但其对603均质装甲钢的侵彻性能要优于紫铜板药型罩的侵彻性能,与紫铜板药型罩相比,其穿深可以提高45％.     

一种新型聚能战斗部

根据能量利用的观点提出了一种将聚能射流与爆炸成型弹丸相结合的新型聚能战斗部装药结构,在此基础上,运用系统的静破甲实验研究了该战斗部装药结构关键参数对破甲效果的影响。实验结果表明:保持穿孔孔径相当和同等装药条件下,该聚能装药结构比普通EFP装药结构穿深可提高约50%,小锥角聚能罩采用裂锥型是一个更好的选择。利用等效药量法对小锥角聚能罩的最大底面半径进行了工程计算。实验和计算结果表明该新型聚能战斗部有较大发展潜力。     

ELECTROSTATIC PHENOMENA IN GAS-SOLIDS FLUIDIZED BEDS

Electrostatic charges are generated by particle-wall, particle-particle and particle-gas contacts in gas-solids transport lines and fluidized bed reactors. High particle charge densities can lead to particle agglomeration, particle segregation, fouling of reactor walls and internals, leading to undesirable by-product and premature shut-down of processing equipment. In this paper, the charge generation, dissipation and segregation mechanisms are examined based on literature data and recent experimental findings in our laboratory. The particle-wall contact charging is found to be the dominant charge generation mechanism for gas-solids pneumatic transport lines, while bipolar charging due to intimate particle-particle contact is believed to be the dominant charge generation mechanism in gas fluidized beds. Such a bipolar charging mechanism is also supported by the segregation patterns of charged particles in fluidized beds in which highly charged particles tend to concentrate in the bubble wake and drift region behind rising bubbles.     

条形药包的空腔发展过程模拟

通过分析条形药包爆破中等效单元球药包与岩土体中实际球药包间的不同特点，计算了任一单元球药包的空腔发展过程，为模拟条形药包的空腔发展过程提供了可供选择的途径。     

高效复合射孔技术

高效复合射孔技术将传统的单纯射孔分成三个阶段作业 ,即射孔、清堵造缝、裂缝延伸 ,这三项作业分别由三个独立装药来完成。简要介绍了高效复合射孔技术装药结构和工作原理 ,强调了油层孔道内随进装药二次爆炸的优点及作用。     

条形药包爆破现状与展望

首先介绍了条形药包的爆炸作用场理论计算模型，对模拟实验技术和工程应用现状都做了系统综述，其次较全面地展示了条形药包爆破理论和实践的最新发展动态。文中还对现有条形药包装药量计算公式进行了总结和分析，推荐了一个较为可靠合理的药量计算公式。最后提出了几个条形药包爆破技术中存在的主要问题，并对条形峒室药包爆破的发展前景作了分析评述。     

Experimental investigations of granular shape effects on the generation of electrostatic charge

In solid processing systems, electrostatic problems are commonly observed for granules of various shapes. However, a complete understanding of the basic dependence of electrostatic charge generation on particle shape has yet to be established. This observation motivated the present study on examining the effect of granular shape on electrostatics. In this study, polyvinyl chloride （PVC） granules （diameter 1.1-4.1 ram, in the shape of a triangle or trapezium） were first discharged to remove any residual charges and sub- sequently their electrostatic charging characteristics were studied by allowing a granule to slide along a pipe wall. Several factors such as granular front-facing angle, length-ratio, sliding area, sliding orienta- tion, sliding times, and relative humidity were considered when studying their effects on the electrostatic charging of granules. It was found that triangular granules with smaller front-facing angles tended to generate more electrostatic charge. The amount of electrostatic charge increased with granular length- ratio and sliding area but decreased with humidity. In addition, granular sliding in the orientation of the front-facing angle （for triangular granules） or the short side （for trapezoidal granules） generated more electrostatic charge than that in the orientation of the long side. For both granule shapes, the elec- trostatic charge increased with granular sliding times and reached a saturated state after around 8-9 sliding movements. The saturated electrostatic charge increased with either granular length ratio or sliding area.     

Interaction of a shaped-charge jet with a target possessing an axial orifice

Interaction of a shaped-charge jet with a target possessing an axial orifice is studied experimentally. For an orifice diameter approximately equal to 0.2D, where D is the shaped-charge diameter, the shaped-charge penetration depth is found to be substantially reduced owing to deviation of the shaped-charge jet axis from the shaped charge axis because of imperfections of the manufacturing technology. A diameter of the target orifice providing unconstrained penetration of the shaped-charge jet is determined. __________ Translated from Prikladnaya Mekhanika i Tekhnicheskaya Fizika, Vol. 49, No. 6, pp. 13–16, November–December, 2008.