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。     

炸药爆轰驱动水的初期过程

采用高速转镜分幅相机,利用阴影照相技术研究了PBX-01炸药爆轰产物在水中的初期演变过程, 获得了爆轰产物与水界面在不同时刻的图像。利用LS-DYNA程序对该实验进行了数值模拟,得到了水中冲 击波迹线、炸药爆轰产物与水界面随时间膨胀的位置、速度。数值计算结果与实验结果具有较好的一致性,所 得参数可为进一步设计改进实验提供参考。理论分析表明,水在爆轰产物作用下的最高瞬间温度约342K, 未到达水在实验压力条件下的相变汽化温度。     

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。     

孔内起爆位置对爆破振动场分布的影响作用规律

岩石钻孔爆破中,孔内起爆位置决定炸药爆轰波的传播方向,进而影响爆破振动场的分布。通过分析柱状药包爆轰产物和爆炸能量的分配及其爆炸应力场的分布,揭示了起爆位置的影响作用机理;基于Heelan短柱解延长药包叠加计算模型,比较分析了不同起爆位置下爆破振动场的分布规律,并结合现场实验,验证了起爆位置对爆破振动场分布的调节作用效果。结果表明:起爆位置的影响作用机理在于柱状药包爆炸能量的轴向不均匀分配和爆破振动场叠加的相位延迟效应;孔内起爆位置对爆破振动场的分布起调节作用,爆破振动沿爆轰波传播正向叠加增强,且爆破振动场分布的不均匀性受药包长度和炸药爆轰速度的调控;对于常见的几种起爆方式,现场实验统计结果显示,底部起爆时地表爆破振动峰值最大,中部起爆次之,上部起爆最小,且爆破振动差异性随炮孔深度的增加而增大,但振动差异会随距离逐渐消减。     

混凝土板爆破作用数值分析

混凝土板是爆破拆除经常遇到的爆破对象,是建筑物的基本构件．爆炸应力波峰值随距离衰减是工程爆破参数设计的理论依据之一．通过数值计算,研究爆炸应力波峰值随距离的衰减规律．研究结果表明,与无限混凝土介质相比,爆炸应力波峰值在混凝土板中衰减较快．应力波峰值的衰减指数随装药量增大而减小,衰减指数的变化率也随装药量的增大而减小．     

钻孔爆破过程中顺倾边坡软弱夹层的运动力学模型

针对顺倾边坡爆破时爆轰气体冲刷、压密软弱夹层而形成爆腔从而影响边坡稳定的问题,应用爆轰流体动力学和气液两相流理论,分析了在钻孔爆破过程中软弱夹层在爆轰气体作用下的压密和推移机理,建立了爆破过程中软弱夹层的运动力学模型,导出了爆腔在爆轰气体作用下的运动速度、最终半径和扩腔时间同装药参数和软弱夹层力学参数的定量关系。将该运动力学模型应用于两个典型实例的爆腔计算中,计算值与实测值的相对误差仅为4%左右,软弱夹层的运动速度随距炮孔中心距离的关系曲线也与试验曲线变化规律一致。     

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。     

内爆炸爆轰产物运动过程二维数值模拟研究(一)——密闭空间

为了研究密闭空间内爆炸爆轰产物运动规律,采用五阶WENO有限差分格式,通过耦合求解爆轰产物质量分数输运方程与可压缩欧拉方程,自主编写了密闭空间内炸药爆炸过程二维数值计算程序。利用所开发的程序数值探讨了密闭空间内爆轰产物的传播过程及炸药形状、产物状态方程对爆轰产物运动的影响规律。研究表明:炸药形状的差异不仅改变了爆炸初期爆轰产物的膨胀形态,同时也改变了爆轰产物与周围空气的后期混合状态。状态方程对产物运动过程同样具有一定的影响,JWL状态方程中高压项可使得爆炸初期产物具有更大的膨胀能力。本文的研究可为进一步探讨考虑燃烧效应后爆轰产物扩张过程及毁伤评估提供一定的参考和指导。     

入水后爆炸问题的数值模拟技术

应用各种数值计算方法及计算处理技术,编制程序实现了对弹体入水后爆炸问题全过程的数值模拟.其中弹体与水,爆轰产物气体与弹壳之间的相互作用通过流固耦合技术来描述;水面与空气、爆轰产物与水、空气之间的相互作用采用VOF方法(Volume-of-Fluid)来描述;采用了刚体-柔体转换、单元失效删除等计算技术以更高效、更好地模...     

爆破工程地质控制论

爆破理论与技术的创新和发展,对我国爆破工程事业乃至基础设施建设都是十分重要的。在数十年爆破理论研究与生产实践的基础上,对爆破及其破岩的科学概念进行了定义,系统阐述了炸药能量特征、岩体介质特征、炸药能量与岩体介质相互作用等决定爆破作用机制和效果的因素及其相互关系,明确指出地质条件是爆破的基础,炸药能量特征必须与岩体介质特征来适应;基于岩体特性及其爆破特征,将自然岩体划分为似均匀连续体和不连续体两类。研究表明,在似均匀连续体中,岩体爆破作用机制和效果受微地形最小抵抗线控制;在不连续体中,受岩体结构特征控制。两者结合,形成了爆破工程地质控制论。     

大气/钢靶板交界处对平行入射聚能射流干扰的数值模拟

利用非线性动力学软件LS-DYNA,对聚能射流平行入射大气/钢靶板交界处的侵彻过程进行了数值模拟.通过分析数值模拟过程和结果,讨论了聚能射流头部速度和碰撞出口处横向速度的变化规律.结果表明:大气/钢靶板交界处不仅降低了聚能射流头部的轴向速度,而且使射流头部产生横向偏移,最大速度达到约1.8 km/s;后续射流横向偏移速...     

Ultra fast cooling of hot steel plate by air atomized spray with salt solution

In the present study, the applicability of air atomized spray with the salt added water has been studied for ultra fast cooling (UFC) of a 6 mm thick AISI-304 hot steel plate. The investigation includes the effect of salt (NaCl and MgSO₄) concentration and spray mass flux on the cooling rate. The initial temperature of the steel plate before the commencement of cooling is kept at 900 °C or above, which is usually observed as the “finish rolling temperature” in the hot strip mill of a steel plant. The heat transfer analysis shows that air atomized spray with the MgSO₄ salt produces 1.5 times higher cooling rate than atomized spray with the pure water, whereas air atomized spray with NaCl produces only 1.2 times higher cooling rate. In transition boiling regime, the salt deposition occurs which causes enhancement in heat transfer rate by conduction. Moreover, surface tension is the governing parameter behind the vapour film instability and this length scale increases with increase in surface tension of coolant. Overall, the achieved cooling rates produced by both types of salt added air atomized spray are found to be in the UFC regime.     

大幅板爆炸焊接脱焊问题的数值模拟

为了解决大面积钛钢板爆炸焊接工程应用中复合板边界区的局部脱焊现象,利用动力非线性数值 模拟,考察了大幅板爆炸焊接的动态过程,通过分析爆焊过程中不同时刻复板飞行姿态,发现了在大幅板爆炸 焊接过程中存在褶皱变形,发生位置与实际工程中大幅板的脱焊位置一致,指出应特别注意复板的褶皱变形, 并解释了褶皱变形出现的原因,为爆炸焊接工艺技术的改进和发展提供了参考。     

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。     

内部爆炸薄圆板的变形及有效载荷

为了研究内爆炸薄圆板的失效与作用载荷特性,在双圆筒装置内开展了铝质、钢质薄圆板内爆炸实验,分析了圆板破坏模式及比冲量载荷特性,并基于相同变形下载荷相等原理,得到了钢质圆板极限变形下的有效比冲量及作用时间,提出了该工况下圆板变形的预估模型。结果表明:在内爆炸载荷作用下,薄圆板的夹持边界和几何中心是应力集中区,产生了塑性大变形、拉伸撕裂、剪切断裂3种破坏模式;圆板的比冲量载荷由初始的波浪式增长逐渐转化为线性增长,30～80 g某温压装药使1 mm厚钢质圆板产生极限变形的有效比冲量作用时间在2.26～2.93 ms之间,经验证,圆钢板变形预估模型得到的装药质量与实验装药质量偏差小于13.3%。     

钢箱内部爆炸破坏的SPH数值模拟

随着恐怖袭击的不断演化,船舶、桥梁等以钢箱为主要支撑的战略性结构逐渐成为恐怖袭击和敌方军事打击的重要目标。本文中采用光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics, SPH)方法对钢箱内部爆炸过程进行了数值模拟,对比实验,分析了钢箱内部爆炸时钢箱表面的变形过程,得到了钢箱表面挠度值的变化趋势、不同时刻钢箱表面压强和von Mises应力的分布情况、钢箱表面中心点处速度和压强的变化趋势,验证了SPH方法在模拟钢箱内部爆炸问题上的有效性。通过进一步数值模拟,探讨了钢箱内部不同位置爆炸时钢箱的破坏形式和损伤程度,结果表明:炸药在钢箱内部角隅处爆炸时,钢箱的损伤程度最严重;炸药在钢箱内部正中心爆炸时,钢箱的损伤程度最轻。     

地表垂直爆破震动速度的数值计算

针对爆破震动速度计算中存在的问题,提出了分两步计算的方法,即先计算爆炸近区由炸药爆炸引起的冲击压力,再计算远端震动区的质点震动速度。并对动力学计算中的阻尼问题进行了初步讨论。利用本文提出的方法对岩粉、水和空气三种不同间隔装药结构下的不同质点处的震动速度进行了计算,计算结果与实测结果吻合较好。岩粉间隔装药条件下的计算地表垂直震动速度最大,水间隔装药次之,空气间隔装药最小。     

密闭空间内爆炸载荷抑制效应实验研究

炸药在密闭空间内爆炸时的爆炸载荷与在敞开环境中有很大差异,在密闭空间内,TNT炸药的爆炸产物能够与周围空气充分混合并发生燃烧反应进而释放额外的能量,使密闭空间内的反射冲击波及准静态压力均明显增加。为探究不同气体环境对密闭空间内爆炸载荷的抑制效应,开展了3种不同药量的TNT分别在空气、水雾和氮气环境密闭空间内的爆炸实验研究,通过理论计算和实验对比分析了密闭空间内的爆炸载荷压力、温度及受载钢板试件响应特性。结果表明,水雾和氮气均能有效降低空间内的准静态压力和温度,对准静态压力的平均降幅分别为36.0%和51.7%,对温度的平均降幅分别为42.6%和40.3%;在水雾和氮气环境中的爆炸载荷作用下,钢板试件动态响应较空气环境中显著降低,其中160 g药量下,水雾和氮气环境中钢板试件的最终变形分别减少了15.9%和23.5%,氮气的减弱效果优于水雾;水雾和氮气均能及时有效地抑制封闭空间内的爆炸载荷,降低结构的损伤程度。     

在开阔空间中水对爆炸冲击波的削波作用

用数值方法计算了开阔空间中布置在炸药周围的水对爆炸冲击波的削波作用。计算结果与实验测量数据进行了比较。计算表明 ,在炸药周围布置 1～ 5倍于炸药质量的水可以把爆炸冲击波峰值压力减小17%～ 46 %。