岩石变形破坏过程中的能量传递和耗散研究

岩石变形破坏的过程是和外界产生能量交换的过程。从理论上分析了用能量方法研究岩石破坏问题的合理性,以及岩石在变形过程中弹性能、塑性能、表面能、辐射能、动能之间相互转化的过程、计算原理、以及对岩石破坏所起的不同作用。并分别从宏观和微观的角度研究了在不同的变形阶段中岩石能量耗散与释放问题。在宏观上,岩石变形前期以弹性应变能的方式存储外界提供的能量,同时又通过损伤演化等向外界耗散能量;变形的后期以剧烈的能量释放为主。微观上,存在多种引起岩石应变硬化和应变软化的机制,岩石存储能量还是向外界释放能量取决于这些微观机制竞争的最后结果,基于此推导了岩石变形中能量的传递方程,用试验研究了能量的转化和平衡,以及耗散能和释放能之间的比例关系。结果表明能量耗散导致岩石强度的降低,而能量释放是造成岩石灾变破坏的真正原因。从能量耗散与释放的观点研究岩石的破坏,可以从本质上把握岩石变形和破坏的物理机理,寻找岩石破坏的真正原因,为实际工程提供参考。     

岩石集中装药爆炸能量分布的计算

文中分析了岩石中集中装药爆炸破坏过程，计算了爆破过程所消耗的各种能量的分布。计算结果表明：岩石中２＃岩石铵梯炸药集吕药包爆炸时所产生的爆炸气体膨胀能量，冲击波能量分别占装药能量５０％－６０％和１０％－２０％，无用能约占２０％－３０％。     

岩石集中装药爆炸能量分布的计算

本文分析了岩石集中装药爆炸破坏过程,计算了爆破过程所消耗的各种能量的分布。计算结果表明,岩石中2~#岩石硝铵集中药包爆炸所消耗的爆炸气体膨胀能量、冲击波能量分别占装药总能量的50％～60％和10％～20％,无用能约占20％～30％。     

岩石中集中装药爆炸能量分布的计算

文中分析了岩石中集中装药爆炸破坏过程,计算了爆破过程所消耗的各种能量的分布。计算结果表明:岩石中2~#岩石铵梯炸药集中药包爆炸时所产生的爆炸气体膨胀能量、冲击波能量分别占装药总能量的50％～60％和10％～20％,无用能约占20％～30％。     

地下爆破岩石预裂区半径的理论估算

研究爆炸冲击波作用下,岩体弹性变形区的应力状态,估算岩石天然微裂纹激活区即预裂区的边界尺寸。在估算中,使用球面腔压力跃变理论及裂纹扩展理论对几种典型的岩石类型进行了定量估算,得出岩石预裂区的尺寸取决于岩石微观结构和岩体压力。     

地下爆破岩石预裂区半径的理论估算

研究爆炸冲击波作用下,岩体弹性变形区的应力状态,估算岩石天然微裂纹激活区即预裂区的边界尺寸。在估算中,使用球面腔压力跃变理论及裂纹扩展理论对几种典型的岩石类型进行了定量估算,得出岩石预裂区的尺寸取决于岩石微观结构和岩体压力。     

爆炸冲击波与高速破片对夹层结构的联合毁伤效应试验研究

为探讨爆炸冲击波和高速破片联合作用对夹层结构的毁伤机理,进行了钢-玻璃钢-钢夹层结构空中近爆模型试验,分析了结构变形破坏模式及冲击波与高速破片的联合毁伤机制。结果表明,爆炸冲击波和高速破片联合作用下,结构的毁伤程度远大于冲击波的单独作用。爆炸冲击波单独作用时,夹层结构前、后面板均产生褶皱变形,玻璃钢夹芯板则以大面积分层破坏和纤维层的脱落为主。而在爆炸冲击波和高速破片联合作用下,前面板以反向大变形和中部穿甲大破口为主,后面板以大变形和花瓣开裂为主,玻璃钢夹芯板则产生了较大的穿甲破口和分层破坏。爆炸冲击波能量主要通过前、后面板的塑性大变形和玻璃钢夹芯板的分层破坏吸收。高速破片的动能则主要通过前、后面板的剪切破坏、玻璃钢板的分层破坏和纤维层的拉伸断裂吸收。     

岩石爆破孔壁动态参数的理论探讨

岩石爆破工程中,孔壁近区动态参数是研究岩石与炸药能量关系的重要内容.孔壁爆炸载荷作用下的动态参数分析是爆破模拟实验方案设计和仪器选择的依据.本文通过岩石爆炸冲击波力学模型的建立与计算,分析了孔壁动态参量.     

深孔间隔装药爆破对不同孔壁介质的影响

数值模拟研究了岩石、混凝土和土三种不同孔壁介质深孔间隔装药爆破时的扩孔特征、压力场、应力场、速度场和能量分布及传播衰减规律,还分析了间隔介质(空气和水)和起爆方式等对孔壁介质中冲击波传播规律的影响。研究表明:由于岩石、混凝土和土三种孔壁介质的波阻抗和可压缩性不同,导致爆破后分别形成"狼牙棒"型、"纺锤"型和"圆柱"型三种爆腔。与岩石和混凝土相比,在土体中的扩孔宽度分别提高约60%和约45%,土能缓解孔壁压力和等效应力、降低爆破振动效应、减缓爆炸冲击波的衰减速度和提高能量利用率,而在岩石和混凝土介质中,上述效果的差异性不太明显。与水间隔装药相比,在岩石和混凝土孔壁介质中采用空气间隔装药结构能降低约7%的孔壁压力。在岩石和混凝土孔壁介质中,采用底部起爆方式能够提高炸药的能量利用率,中部起爆方式能够减缓爆破振动效应,而在土体中并不明显。     

深孔间隔装药爆破对不同孔壁介质的影响

数值模拟研究了岩石、混凝土和土三种不同孔壁介质深孔间隔装药爆破时的扩孔特征、压力场、应力场、速度场和能量分布及传播衰减规律,还分析了间隔介质(空气和水)和起爆方式等对孔壁介质中冲击波传播规律的影响。研究表明:由于岩石、混凝土和土三种孔壁介质的波阻抗和可压缩性不同,导致爆破后分别形成"狼牙棒"型、"纺锤"型和"圆柱"型三种爆腔。与岩石和混凝土相比,在土体中的扩孔宽度分别提高约60%和约45%,土能缓解孔壁压力和等效应力、降低爆破振动效应、减缓爆炸冲击波的衰减速度和提高能量利用率,而在岩石和混凝土介质中,上述效果的差异性不太明显。与水间隔装药相比,在岩石和混凝土孔壁介质中采用空气间隔装药结构能降低约7%的孔壁压力。在岩石和混凝土孔壁介质中,采用底部起爆方式能够提高炸药的能量利用率,中部起爆方式能够减缓爆破振动效应,而在土体中并不明显。     

混凝土爆破孔壁动态初始参量的数值模拟

在考虑爆轰波与孔壁相互作用及孔壁的可压缩性等主要因素情况下,根据爆轰理论和流体动力学原理,建立了计算偶合装药点起爆时孔壁动态初始参量的物理模型,给出了计算公式。计算了中等威力炸药（如２＃岩石炸药、乳化炸药和水胶炸药）在混凝土中爆炸时孔壁动态初始参量（如初始冲击波压力、速度等值）,得到了自起爆点开始沿炮孔长度方向各参量的变化规律、并得出了一些有意义的结论。     

混凝土爆破孔壁动态初始参量的数值模拟

在考虑爆轰波与孔壁相互作用及孔壁的可压缩性等主要因素情况下，根据爆轰理论和流体动力学原理，建立了计算偶合装药点起爆时孔壁动态初始参量的物理模型，给出了计算公式。计算了中等威力炸药（如２＃岩石炸药、乳化炸药和水胶炸药）在混凝土中爆炸时孔壁动态初始参量（如初始冲击波压力、速度等值），得到了自起爆点开始沿炮孔长度方向各参量的变化规律、并得出了一些有意义的结论。     

水介质不耦合装药爆破岩石破坏范围的研究和应用

根据水中爆炸理论和爆炸应力波理论,探讨了水介质不耦合装药爆破孔壁初始冲击压力和岩石内的动态应力分布,并以强度理论求算出了炮孔周围岩石中粉碎圈和裂隙圈的范围。在某立井掘进爆破中依据炮孔周围裂隙圈半径理论计算的结果进行掏槽炮孔布置参数设计,从工程实践上进一步验证了炮孔水介质不耦合装药爆破时岩石破坏作用范围理论分析的正确性。     

空气间隔径向不耦合装药条件下柱状药包的破岩机理研究

从空气间隔径向不耦合装药条件下岩石破坏机理方面入手,通过对冲击波、应力波的能量和爆生气体膨胀的能量利用的研究,分析空气间隔不耦合装药爆破的特点,进一步研究因不耦合系数不同,影响岩石裂隙区裂纹总长和平均长度的决定性因素,并由此推导出了炸药周围空气层"储能"的计算公式.     

基于AUTODYN的乳化炸药水下爆炸能量分布的数值研究

基于AUTODYN软件建立了水下爆炸一维楔形模型,对空气不耦合装药结构下爆炸能量的输出进行研究。首先获得炸药冲击波压力以及气泡脉动随时间的变化曲线,进一步获知径向不耦合状态下水下爆炸的冲击波峰值压力、气泡最大半径以及脉动周期等数据,并最终得到了不耦合系数下冲击波能以及气泡能的变化情况。将计算结果与已有的水下爆炸实验结果进行了比较分析。结果表明,该计算结果与实验数据吻合较好,证明了利用数值计算手段可以实现定量化表征炸药输出能量随不耦合装药结构的变化规律。     

AN INVESTIGATION OF HIGH-SPEED FORMING OF CIRCULAR PLATES IN A LIQUID SHOCK TUBE

High-speed metal forming with liquid shock waves, generated non-explosively in a liquid shock tube, is a new field of study. The advantage of forming with liquid shock waves in a shock tube in comparison to explosive forming is better control and increased safety. This paper describes the experimental set-up of the liquid shock tube and presents the results of experiments performed with fully clamped circular copper disks subjected to the impulsive load of the liquid shock wave. The strain conditions of the deformed disks are determined and the deformation energy is calculated. A theoretical approach is also given to predict the midpoint deflection of the specimen. The experiments show a good repeatability and the calculated deformation energy and the predicted midpoint deflections reveal a good agreement with the experiments. The deformation process of the metal disks during the impact of the liquid shock wave is investigated with a high-speed video camera. From the experiments the local and the average deformation velocities and the strain rates are determined. The pictures of the deforming plate also reveal a plastic hinge, which was theoretically predicted in literature.     

Analytical and experimental evaluation of energies during shock wave loading

Analytical expressions were developed using gas dynamic equations to evaluate the energy associated with the incident shock wave (incident energy) and the reflected shock wave (remaining energy) for a shock tube experiment. The real time deformation profile of the specimen being loaded by a shock tube was also used to calculate the deformation energy. A shock wave loading on a homogeneous aluminum panel in a simple shock tube experiment was used to illustrate the implementation of these methods.     

条形药包爆破破岩规律的试验研究

分析了前人关于爆破破岩机理论述方面的矛盾，通过高速摄影观察有机玻璃中条形袋药爆炸波和破裂缝发展规律，得到了关于条形药包爆破破岩规律方面的新认识。提出了冲击该、气体膨胀压和反射拉伸波在破岩过程中各自所起的不同作用。特别在此基础上推出了条形药包下破裂深度计算公式，对工程实践有积极的指导作用。     

条形药包爆破破岩规律的试验研究

分析了前人关于爆破破岩机理论述方面的矛盾,通过高速摄影观察有机玻璃中条形袋药爆炸波和破裂缝发展规律,得到了关于条形药包爆破破岩规律方面的新认识。提出了冲击该、气体膨胀压和反射拉伸波在破岩过程中各自所起的不同作用。特别在此基础上推出了条形药包下破裂深度计算公式,对工程实践有积极的指导作用。     

空气不耦合装药孔壁初始冲击压力的计算

为了求解空气不耦合装药时孔壁所受到的初始冲击压力,首先分析了空气不耦合装药爆轰后冲击波作用于孔壁的物理过程,然后建立了空气冲击波在炮孔内的衰减传播模型,探讨了爆轰扰动空气形成的空气冲击波在炮孔内的传播规律,并依据空气层与爆生气体在界面处的连续条件,推导了空气冲击波入射孔壁时参数的计算公式;最后基于入射空气冲击波与孔壁交界面两侧压力和速度相等的连续性条件,推导出了孔壁初始冲击波参数的计算方程组。用方程组计算的孔壁压力与常用公式计算值、数值模拟结果和实验结果进行比较,发现用方程组计算的孔壁压力与实验结果更吻合,相对误差较小。