线性聚能射流作用下岩石裂纹扩展数值模拟

利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,建立楔形药型罩厚度为0.2cm,锥角分别为45°、60°、90°,炸高为4cm的三种线性聚能药包劈裂岩石的数值模型,对比分析三种不同锥角聚能药包劈裂岩石的裂纹扩展情况。结果表明:当药型罩锥角为45°时,岩石形成较为完整的断裂裂纹,且对劈裂过程进行力学分析得到岩石裂纹扩展方向是由射流作用在岩石内部的拉应力集中程度决定的,可为聚能射流在抢险工作中以及不打孔定向破碎岩石的应用提供参考。     

岩石控界切割锥形聚能射流的优化设计及试验

对聚能装药形成射流冲击岩石展开研究,通过线性聚能装药和锥形罩聚能装药的爆炸破岩对比试验、数值模拟以及岩石断裂力学分析认为,采用锥形罩聚能装药结合初始裂纹形式时,能量利用率更高,能对岩石产生更好的劈裂效果。为得到高速锥形射流,运用正交分析和数值仿真对聚能装药进行了优化设计,优化后的锥形罩聚能装药的参数为:炸高15 mm、药型罩锥角84°、药型罩厚度1.35 mm。优化后的岩石劈裂试验中,两个锥形罩聚能装药同时爆炸作用于岩石,在初始裂缝的引导下形成了长度达120 cm的定向平直裂纹。该试验验证了多点锥形罩聚能装药应用于岩石控界切割技术的有效性,可应用于精细化要求的边界控制爆破。     

聚能锥角对线性聚能爆破致裂岩体效果的影响

为研究不同聚能锥角下线性聚能爆破致裂岩体效果,在巷道岩壁开展了5种聚能锥角(40°、50°、60°、70°、80°)下的聚能爆破和岩体损伤测试试验,数值模拟了不同聚能锥角形成的聚能射流。结果表明:线性聚能爆破定向致裂岩体效果显著,聚能方向损伤增量显著大于非聚能方向;聚能锥角为40°时致裂岩体效果最好,最大损伤增量达0.93,裂纹扩展深度和长度较大,50°、60°、70°和80°聚能锥角时,最大损伤增量、射流压力、射流长度、射流头部速度、射流尾部速度等均随聚能锥角的增大而减小,致裂岩体效果逐渐减弱。     

不同装药结构的双向聚能药包爆破数值研究

为了对比不同装药结构的双向聚能装药爆破效果、更好地指导工程实践,基于ANSYS/LS-DYNA的SPH和ALE方法,在保证椭圆长短轴比为15∶11、长轴为30 mm的情况下,研究了聚能管材料分别为紫铜和PVC时椭圆双极线型双向聚能药包爆破随锥角的变化规律,同时分析不同外壳形状对聚能射流的影响。结果表明:药型罩为紫铜的情况下,随着椭圆双极线型聚能药包锥角不断减小,装药面积逐渐减小,但聚能射流头部速度增大;随着药型罩锥角不断减小,用于形成杵体的药型罩质量增大,用于形成射流的药型罩质量有所下降;聚能管材料为PVC时与聚能管为紫铜聚能药包爆破的变化规律基本一致;椭圆+直线型外壳和椭圆型外壳形成的聚能射流头部速度基本一致,但前者相对后者节省药量,此外两者形成的射流头部速度相对直线型外壳的要小;SPH和ALE两种算法实现的计算结果趋于一致,表明采用数值模拟方法的有效性。研究结果对线型聚能装药结构及参数优化具有一定的指导意义。     

带偏角环形聚能装药射流汇聚性能研究

利用LS-DYNA软件对带偏角环形聚能装药射流的二次汇聚进行了数值模拟,研究了汇聚射流的质量和环形药型罩的锥角对射流汇聚性能的影响,并进行了试验验证。结果表明:带偏角环形聚能装药可提高药型罩材料转化为射流的转化率,增大射流的连续拉伸长度和头部速度,增强射流的稳定性;二次汇聚射流头部速度随着药型罩锥角的增大而减小,头部直径随着锥角的增大而增大;对于偏角为15°的药型罩,当锥角为40°时产生的汇聚射流头部空腔较小,破甲能力较好。研究结果可为环形聚能装药的工程设计提供参考。     

锥角参数对单向聚能药柱爆破破岩效果的影响

为研究聚能穴锥角参数对爆炸应力和岩石损伤破裂范围的影响,以获得最优的聚能穴参数,从而达到最佳的破岩效果,利用有限元模拟软件LS DYNA建立了6种锥角参数下的单向聚能药柱模型。锥角的深度为15 mm,6种锥角高度分别为10、12、14、16、18 mm和20 mm。研究了岩石裂纹扩展的影响规律,测得聚能方向与非聚能方向上不同位置的有效应力,得到不同锥角参数对应的岩石单元的最大破坏距离。结果表明:聚能锥角会对爆破产生定向作用,特别是对岩石破碎和拉伸裂纹所带来的破岩效果影响明显;当锥角高度为10 mm时,距炮孔25 cm测点处聚能方向上的有效应力比非聚能方向同样距离处高110.8 MPa,同时,聚能方向上单元损伤比要比非聚能方向高21%,聚能效果最佳;随着锥角高度逐渐增大,聚能方向上岩石裂纹逐渐减少,裂纹分叉减少,单元破坏最大距离可达108.1 cm,并且呈下降趋势。     

一种球锥结合药型罩石油射孔弹研究

设计了一种球锥结合药型罩石油射孔弹,在半球形主药型罩基础上增加了锥形前驱罩结构,利用ALE方法,模拟了药型罩材料为铜,锥角角度分别为30°、35°、40°、45°和50°时对其射流的速度和形状、射流头部速度和杵体质量的影响,并与半球形药型罩模拟结果进行对比.结果表明前驱罩锥角40°比锥角30°射流速度降低了26％,直径提高了8.1％,锥角40°比锥角50°射流速度提高了4.1％,直径降低了3.4％.前驱罩锥角为40°和50°的球锥形药型罩的射流头部速度比半球形药型罩分别提高了25％和20％,直径分别提高了2.6％和6.1％.试验结果与模拟结果大致相符,为大孔径、深穿孔石油射孔弹的设计开发提供了一定的参考.     

不同装药结构的双向聚能药包爆破数值研究

为了对比不同装药结构的双向聚能装药爆破效果、更好地指导工程实践,基于ANSYS/LS-DYNA的SPH和ALE方法,在保证椭圆长短轴比为15:11、长轴为30 mm的情况下,研究了聚能管材料分别为紫铜和PVC时椭圆双极线型双向聚能药包爆破随锥角的变化规律,同时分析不同外壳形状对聚能射流的影响.结果表明:药型罩为紫铜的情...     

聚能装药侵彻体对混凝土基座毁伤效应数值模拟研究

为选定混凝土基座爆破后残高低、块度小的聚能装药结构形式，采用数值模拟方法对比研究了装药量、外径和药型罩壁厚相同条件下60°、120°锥形罩和曲率半径为10.8 cm曲面罩形成的射流或爆炸成型弹丸(EFP)运动特性，及其对混凝土基座垂直侵彻过程和毁伤效应。结果表明：不同聚能装药侵彻体对混凝土基座的侵彻方式不同。60°药型罩的头部射流先侵彻混凝土基座，随后杵体对孔洞进行扩大，120°药型罩的杵体与射流合并侵彻混凝土基座，而曲面药型罩主要依靠成型弹丸对混凝土基座进行冲击侵彻；混凝土基座的破碎能力与侵彻孔直径相关；孔径越大、能力越强。60°、120°和EFP药型罩侵彻孔直径分别为4.3 cm、5.2 cm和7.0 cm,在侵彻深度范围内形成的裂缝数量、宽度呈现增大趋势；混凝土基座爆破后的残留高度与横向贯通裂缝至底面之间的距离相关，而横向裂缝形成与侵彻体参数、装药量等多个因素相关。对有限尺寸的混凝土基座，大锥角药型罩的聚能装药破碎范围和程度的综合效果较佳，EFP药型罩虽然侵彻能力最弱，爆破作用后混凝土残留高度较大，但在侵彻深度范围内的破碎能力最强。研究不同聚能装药侵彻体对混凝土基座的爆破效应为毁...     

线性聚能爆炸劈裂技术研究

针对露天爆破工程中的二次破碎质量与效率问题,提出利用线性射流侵彻作用对大块劈裂形态进行控制的方法,设计了线性聚能装药结构,使用光滑粒子法(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)对有利炸高进行选取,并在有利炸高条件下进行了圆柱型混凝土模型试验,验证了劈裂形态控制的可行性。研究结果表明:线性射流侵彻形成了侵彻轴向两端的张拉应力集中作用,拉长了动力响应裂纹区形状,裂纹区形状决定了劈裂裂纹扩展路径及最终劈裂形态;以射流动能利用率与射流头部速度为指标,可以得到较为可靠有利炸高区间;楔形顶角为90°、60°、45°时,试件分别产生在线性射流侵彻轴两侧较为对称的破碎、径向对称断裂与沿线性射流压缩轴的单主平面劈裂这三种形态;楔形顶角的减小与线性装药长度的增加均可提高射流侵彻轴向主平面的应力集中强度,可减少碎块数量,增大碎块尺寸。     

静态控制爆破破岩断裂贯通机制研究

针对传统破岩断裂扩展模型在扩展长度和扩展时间上的不足,采用等效方法将钻孔在平面上简化为岩体裂纹,提出了基于岩体破裂单元的静态爆破断裂力学模型。通过静态爆破压的确定,采用断裂力学计算方法,获得了钻孔裂纹尖端的应力强度因子表达式。基于Charles方程描述的静态爆破岩石临界扩展速度与应力强度因子的关系式,得到了钻孔裂纹扩展的三阶段裂纹长度表达式,该裂纹长度可有效判定静态爆破压钻孔扩展历程和扩展时间,同时可为静态爆破设计提供理论依据。某高速公路顺层岩质边坡静态爆破清除工程应用表明,裂纹扩展速度的变化规律与Charles应力腐蚀压临界扩展原理较为吻合,三阶段裂纹扩展长度分别为6.5 cm、26.9 cm、39.8 cm,在此爆破参数条件下,裂纹在第Ⅲ阶段贯通破坏,经反算得出贯通时间约9.5 h,与现场观测记录的数据相吻合。     

多向聚能爆破爆破漏斗实验研究

多向聚能爆破是一种新型爆破技术。为研究多向聚能爆破在爆破漏斗上能量分配特点,在阐明多向聚能爆破基本原理和影响因素基础上,设计了多向聚能爆破药包,进行常规爆破与多向聚能爆破的爆破漏斗体积对比实验。结果表明,多向聚能爆破能够增加爆破漏斗体积并提高了爆炸能量在岩石破裂破碎方面的分配比例,提高了炸药利用率。     

多向聚能爆破爆破漏斗实验研究

多向聚能爆破是一种新型爆破技术。为研究多向聚能爆破在爆破漏斗上能量分配特点,在阐明多向聚能爆破基本原理和影响因素基础上,设计了多向聚能爆破药包,进行常规爆破与多向聚能爆破的爆破漏斗体积对比实验。结果表明,多向聚能爆破能够增加爆破漏斗体积并提高了爆炸能量在岩石破裂破碎方面的分配比例,提高了炸药利用率。     

两类装药接触爆炸对目标作用分析

对比分析了集团装药与聚能装药接触爆炸对目标作用的单位面积冲量,并以岩石目标为例进行了数值模拟计算。通过对两类装药接触爆炸对目标的作用效果分析,为更好地选择装药和设计新型聚能装药提供了理论支持。     

两类装药接触爆炸对目标作用分析

对比分析了集团装药与聚能装药接触爆炸对目标作用的单位面积冲量,并以岩石目标为例进行了数值模拟计算。通过对两类装药接触爆炸对目标的作用效果分析,为更好地选择装药和设计新型聚能装药提供了理论支持。     

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。