侧向环形切缝装药爆破效应及其在硬岩掏槽中的应用

针对硬岩巷道掏槽效果差的问题,提出了侧向环形切缝装药以提高槽腔内侧的破岩能力,理论分析了该装药的爆破效应,通过模型实验讨论了该装药爆破以后爆炸应变和爆生裂隙的分布特征,并开展现场试验探究了该装药的应用效果。结果显示：侧向环形切缝装药在切缝位置会形成聚能效应,促使切缝位置处岩体承受更强爆炸载荷,从而具有更强的裂隙扩展能力。侧向环形切缝管的存在会降低非切缝方向爆炸应变和提高切缝方向爆炸应变,应变分布特征证明了侧向环形切缝装药在切缝方向的聚能现象;并且通过观测宏观裂隙扩展情况,侧向环形切缝装药在切缝方向的裂隙扩展能力得到了明显提高。与常规柱状装药掏槽爆破技术相比,在硬岩巷道采用侧向环形切缝装药掏槽爆破技术可以提高掘进效率和减少掘进成本,结果验证了侧向环形切缝装药在硬岩巷道掏槽爆破中具有良好适用性。     

覆水铅索破障威力增强的机理研究

为研究空气中裸露铅索和覆水铅索对双层中空钢化玻璃的破障威力,设计了采用8号电雷管端点起爆装药及双层中空玻璃试验装置,建立了铅索爆炸爆轰产物对双层中空玻璃作用的模型,采用拉格朗日算法分别计算了裸露药包与覆水药包的爆轰情况.理论分析与试验结果表明,覆水铅索破除双层中空钢化玻璃时2层玻璃的破坏分别由爆轰波压力、爆轰产物压力引起.数值模拟结果进一步验证了覆水药包的爆轰气体压力下降慢,破障威力获得显著增强.     

隔热胶体装药结构的耐热防护与爆炸性能

为了研究高温环境下胶体装药结构的安全防护问题及其爆炸特性变化,设计了由隔热外层、吸热胶体、乳化炸药组成的装药结构,采用物性测定、测温分析、爆炸测试技术（水下爆炸,爆速实验,胶体介质近场爆压测量）及现场实验（殉爆实验,炮孔传爆）,分别研究了装药结构中3种胶体配比（高分子吸水树脂（SAP）质量比分别为0,0.5%和1%）与乳化炸药2种敏化方式（亚硝酸钠敏化、膨胀珍珠岩敏化）对隔热特性和爆炸性能的影响。结果表明：含0.5%SAP的胶体材料适用于装药结构,具有阻燃性、高比热容、低导热系数特性,隔热防护时间延长至55 min。水下爆炸与爆速实验中,随着水浴加热（100℃）时间的增加,2种敏化方式药包的各项爆轰参数（冲击波压力峰值、比冲量、爆速、爆炸总能量）均持续降低。受到乳化炸药破乳与敏化热点减少的双重影响,亚硝酸钠敏化型药包（EE-SN）的爆轰性能衰减比例高于膨胀珍珠岩敏化型药包（EE-EP）。加热2 h后,膨胀珍珠岩、亚硝酸钠敏化的药包爆炸总能量损失分别为4.76%,17.62%。在胶体介质近场爆压测量中,装药结构中胶体层会减弱爆炸冲击波强度。但现场实验爆破效果良好,且实现了装药结构30 m...     

中心锥对液态燃料旋转爆轰发动机工作过程与性能的影响

为分析中心锥对液态燃料旋转爆轰发动机(RDE)工作特性的影响,在环形阵列式RDE上,以汽油/富氧空气为工质,开展了液态燃料RDE实验研究。测量发动机在不同中心锥位置l/L（l为燃烧室内壁面等直段末端与燃烧室外壁面末端的距离,L为燃烧室外壁面长度）和中心锥锥角θ时的一维推力,分析了推力和燃料比冲的变化趋势。实验结果表明：改变l/L和θ未对旋转爆轰波传播模态产生影响,各工况下旋转爆轰波均为双波对撞模态;受预爆轰管切向喷注孔的影响,双波对撞点无法稳定于预爆轰管出口附近;爆轰波传播速度和频率随中心锥位置的前移呈下降趋势,当l/L=0%、θ=20°时,推力和燃料比冲分别为951.6 N和1 151.8 s, 为所有实验工况中最大值;随着l/L或θ增大,爆轰产物轴向膨胀距离变短,中心锥头部突扩位置处膨胀波影响增强,外流场中心锥型面约束作用减弱且高温燃气径向膨胀增强,发动机出口高温燃气轴向分速度逐渐减小,发动机推力和燃料比冲逐渐减小;当l/L>25.5%或θ>40°时,受熄爆再起爆和膨胀波增强影响,发动机推力和燃料比冲下降速率增大。     

滑移爆轰内部加载圆钢管层裂的二维数值计算

采用非线性动态有限元程序Ls- dyna和损伤累积层裂判据,对滑移爆轰加载下圆钢管的层裂破坏进行了二维数值模拟,分析了钢管层裂发生的物理过程。计算结果表明,炸药与钢管界面处冲击波的折射角随着传播距离增加而增大,钢管中冲击波峰值不断衰减;由于非正向传播的波的相互作用,管内壁自由面速度波形振荡峰值随着时间逐渐减小,振荡周期逐渐加长;要使钢管发生层裂,装药厚度存在上下临界值,在临界值范围内初始层裂片厚度随着装药厚度增加而增大。     

强约束固体炸药燃烧裂纹网络反应演化模型

为表征受约束装药非冲击点火后的反应演化行为,建立了燃烧裂纹网络反应演化理论模型。该模型量化了反应烈度,通过与实验结果对比验证了模型的适应性。结果表明：壳体约束越强,高温产物气体自增强燃烧越迅速,装药反应越剧烈,壳体破坏时装药反应度越大;装药结构尺寸越大,炸药反应初期高温产物气体流动和表面燃烧导致裂纹增压扩展过程的时间越长,但后期反应越剧烈,壳体破坏时装药反应度越大;点火阈值压力对装药最终的反应烈度影响不明显。炸药燃烧裂纹网络反应演化模型可较好地反映炸药本征燃烧速率、约束强度、装药结构尺寸等对反应演化的影响规律,为弹药在意外刺激下的安全性设计和烈度量化评估提供了理论基础。     

浇注炸药PBX-1侵彻安定性试验与数值模拟

为了研究浇注型高聚物黏结炸药(PBX?1)在侵彻过程中的安定性,开展155 mm火炮发射平头试验弹侵彻混凝土靶板试验,获得了该试验条件下装药安定的临界侵彻速度约为490 m·s^-1。基于黏弹性统计裂纹(Visco?SCRAM)模型,采用流固耦合方法模拟了安定性试验中装药的力学响应,计算了装药黏弹性变形和宏观裂纹损伤导致的温升。数值模拟结果与试验结果相一致,试验弹弹体侵彻后无明显的变形和破坏,但浇注PBX炸药在侵彻过载下发生大变形流动,部分装药从尾部缝隙挤出并发生了局部点火反应;侵彻过程中装药尾部会与药室底部发生高速碰撞,形成局部高压区,最高压力超过500 MPa,装药尾部变形和损伤严重,装药尾部在碰撞和挤出时,温度会急剧升高,从而导致意外点火。     

爆破冲击边坡稳定性非连续变形分析模拟研究

非连续变形分析(DDA)是针对块体系统大变形大位移求解最有效的数值计算方法之一。结合应力波理论分析爆破冲击作用对边坡岩体的损伤破坏作用,采用DDA方法模拟了台阶爆破过程中边坡岩体的破坏滑移,与工程实际有较好的吻合。阐述了台阶爆破应力波对边坡块体系统位移、速度和应力变化的控制,讨论了影响边坡块体系统稳定性的关键因素,建立新的数学模型,给出了DDA计算中评价边坡稳定性指标的建议。     

基于弯型预爆管的煤油燃料旋转爆轰发动机起爆实验研究

为了研究采用弯型预爆管的预爆轰式连续旋转爆轰发动机点火起爆过程和旋转爆轰波的传播特性,设计了H₂/O₂弯型预爆轰管的预爆轰点火装置,进行了预爆轰点火实验,并研究了应用该预爆轰管的煤油/富氧空气旋转爆轰发动机的起爆特性。借助高频动态压力传感器和高速摄影,分别记录了实验过程中的压力信号与流场动态变化过程,分析了旋转爆轰波的起爆过程以及传播特性。实验结果表明：初始爆轰波在到达燃烧室入口后迅速膨胀解耦,形成两个沿相反方向传播的压力波,并且压力峰值迅速衰减;成功起爆后,爆轰波在燃烧室内以双波对撞模态自持传播,每一周期内双波发生对撞的位置不断变化;当煤油质量流量增加时,燃烧室内形成稳定旋转爆轰的时间间隔增加;在稳定工作范围内,提高当量比可以增加爆轰波的平均传播速度。该实验验证了将该弯型预爆管应用于煤油/富氧空气旋转爆轰发动机点火的可行性,进一步揭示了煤油/富氧空气旋转爆轰发动机的起爆过程。     

爆炸驱动燃料抛散的非理想化特征

利用LS-DYNA对燃料空气炸药(FAE)装置中心装药不耦合系数(De)的最佳值、中心装药偏移和壳体单侧弱化所引起的燃料抛散的非对称性特征进行了研究。计算结果表明:中心装药的不耦合系数并非越大越好,在本研究中,De=2时最佳;中心装药负偏移2 mm时,燃料在正方向抛散速度增大6 m·s-1,在负方向的抛散速度减小13 m·s-1,负偏移量增大,负方向抛散速度减小和正方向抛散速度增大的趋势更加明显,说明中心装药的偏移对FAE燃料的抛散有同向抑制,反向促进作用;FAE装置壳体出现单侧弱化时,装置两侧燃料的抛散速度都降低,同等条件下,采用聚氯乙烯壳体的FAE装置两侧燃料抛散速度减小程度小于采用钢制壳体的FAE装置,这说明速度的减小在使用弱约束时表现轻微,使用强约束时表现显著。     

DNTF基炸药燃烧转爆轰影响因素实验研究

为了研究二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)基混合炸药燃烧到爆轰转变(DDT)过程的有效调控技术,采用同轴电离探针测量技术研究了点火药量、DDT管壁厚约束、成型方式等对DNTF基混合炸药DDT性能的影响,从DDT管破裂状态、DDT过程不同位置处波阵面速度、诱导爆轰距离等变化对实验结果进行了分析。结果表明,DDT管壁厚约束对DNTF基混合炸药DDT的诱导爆轰距离没有明显影响,都在375 mm左右,但壁厚减小会使爆燃阶段持续时间增加,达到爆轰的初始速度减小到5515 m·s~(-1);点火药量增加对DNTF基混合炸药DDT反应剧烈性没有明显影响,但会减小初始燃烧持续时间和诱导爆轰距离;压制成型试样DDT的初始燃烧持续时间、爆燃持续时间及诱导爆轰距离均大于熔铸成型试样,但反应剧烈性没有差别。     

旋转爆轰自持机理的数值研究

为研究旋转爆轰的自持机理,基于带化学反应的二维Euler方程,对2H2/O2/Ar系统在圆环管内爆轰的传播进行了数值模拟.用二阶附加半隐的Runge-Kutta法和五阶WENO格式分别离散欧拉方程的时间和空间导数项,采用基元反应简化模型描述爆轰化学反应过程.得到了旋转爆轰流场温度、压力、典型组元OH质量分数的分布及数值...     

高威力三级煤矿许用水胶炸药的试验研究

针对煤矿井下岩巷掘进爆破三级煤矿许用炸药爆炸能量低、循环进尺少、炮孔利用率低的问题,通过实验室试验和工厂中间试验,研制了提高炸药爆破威力的新配方,采用煤矿许用炸药抗爆燃性能测试方法及判定(GBT20061-2006)、煤矿许用炸药可燃气安全度试验方法及判定(GB18097-2000),对送检水胶炸药样品进行可燃气安全度检验、爆轰速度、做功能力测试,测试结果表明,储存6个月后高威力三级煤矿许用水胶炸药的爆速3600 m·s-1、做功能力239 m L、有毒气体含量20 L·kg-1,优于现有的二级煤矿许用水胶炸药,可燃气安全度、抗爆燃性均达到三级煤矿许用水胶炸药标准。现场岩巷掘进工业试验对循环进尺、炮孔利用率、炮孔深度、矸石块度、抛掷距离、巷道周边成型以及炸药消耗量等的统计和比较结果表明,在同等条件且爆破材料消耗基本相当的情况下,高威力三级煤矿许用水胶炸药的破岩能力接近二级煤矿许用水胶炸药,高于三级煤矿许用水胶炸药。     

船舱内静止装药和运动装药爆炸的毁伤效果仿真

采用数值仿真方法对不同质量的静止装药和运动装药在船舱内爆炸的过程进行了研究,分析了装药的运动速度对船舱的毁伤效果和船舱内流场分布的影响。计算结果表明,运动装药在船舱内爆炸对运动正方向舱壁的毁伤效果大于静止装药,且随着装药速度的增大而增加;而对运动反方向舱壁的毁伤效果小于静止装药,且随着装药速度的增加而减小。由于运动装药易使运动正方向舱壁出现破口,使得船舱泄压,导致对运动反方向舱壁的毁伤效果比静止装药爆炸时要小,不利于从整体上毁伤船舱。运动装药在船舱内爆炸时在运动正方向舱壁上产生的超压峰值明显大于静止装药,且随着装药速度的增大而增大,而在运动反方向舱壁上产生的超压峰值要低于静止装药,且随着装药速度的增大而降低。     

加速膛对激光驱动飞片速度及形貌的影响规律

为揭示加速膛对激光驱动飞片速度及形貌的影响规律,采用光子多普勒测速(PDV)技术、阴影成像技术和显微分析方法研究了厚度20μm单层Al飞片在不同加速膛孔径和长度下的速度和形貌演化历程。结果表明,加速膛孔径与Al飞片被激光烧蚀的孔径大小相当时,即孔径在800μm时飞片可获得3100 m·s^-1的最大速度;加速膛孔径大于800μm时对飞片无法起到有效约束作用,飞片速度有所下降,其中加速膛孔径为1500μm时飞片速度最小,为2700 m·s^-1;加速膛孔径为600μm小于激光烧蚀孔径时,造成周围部分能量的浪费,飞片速度也偏低,为2900 m·s^-1。固定加速膛孔径为1000μm,长度在200~700μm时,飞片速度随加速膛长度增加而明显降低,并且Al飞片在飞出加速膛后均破裂成碎片状并迅速向周围扩散,无法保持完整,飞片碎片总体向外扩散速度随加速膛长度的增加而降低,与PDV获得的飞片速度规律基本一致。     

广义C-J条件在计算含铝炸药波头参数中的应用

含铝炸药的爆轰过程属于典型的非理想爆轰过程,其波头反应区处于多相反应流动状态,因此其波头处爆轰参数的计算一直是一个难点。在假定铝颗粒于波头处不参与化学反应且爆轰产物和铝颗粒压力、速度一致的条件下,应用连续介质模型描述了爆轰产物和铝颗粒两相之间的平衡关系,采用广义C-J条件给出了计算波头处爆压、物质速度和爆热的一组简单完备方程组。由实测得到的爆速,可以求得相应的爆压、物质点速度和波头处释放的热量。对三组不同含铝量(10%,20%,30%)的TNT含铝炸药和HMX含铝炸药的计算结果表明随着爆速的降低,对应的爆压、波头处物质速度和热量都会降低,不同含铝量的同一炸药在同一爆速条件下,含铝量越高对应的爆压值、波头处爆热值越大。同时,对计算假定和采用模型进行了一定的讨论。     

炸药驱动预制破片轴向抛掷速度沿径向的分布规律

在柱状装药结构对轴向前置预制破片抛掷的过程中,由于侧向稀疏波的作用,爆轰产物存在侧向泄漏,因此爆轰产物对轴向预制破片的作用压力从柱状装药中心沿径向逐渐降低,从而导致轴向预制破片抛掷速度沿径向逐渐变小.为了研究柱状装药长径比与装药壳体厚度等结构参数对轴向预制破片抛掷速度沿径向分布规律的影响,利用瞬时爆轰理论,并考虑了散心爆轰作用,建立了柱状装药结构爆轰驱动轴向预制破片的简化模型.对比实验结果与模型计算结果,表明该简化模型能较好地描述柱状装药结构对轴向前置预制破片的抛掷过程,对轴向预制破片弹的毁伤威力场的研究具有一定的指导意义.     

深水静压作用下含水炸药爆炸性能的研究

为得到含水炸药的爆速随静态压力变化的规律,采用特制的爆炸性能测试装置,通过改变静水表面的压力来模拟深水装药环境,对不同静压作用下两类含水炸药(乳化炸药和煤矿许用水胶炸药)的爆速进行测试。实验结果表明:含水炸药的爆速随着压力的增大而降低;乳化炸药受静态压力的影响较大,在静压力为0.3MPa下会发生拒爆,水胶炸药爆速下降率比较平缓稳定。同时,通过拟合得到了乳化炸药的爆速与压力和加压时间之间的关系式。本研究为含水炸药在水下爆破中的应用提供技术支持。     

爆炸二极管的数值模拟设计

针对工业上起爆网路早爆问题,采用数值模拟方法设计并研制了一种具有单向传爆功能的爆炸二极管。利用点火增长模型结合ANSYS/LS-DYNA有限元软件,通过调整激发药药量方式进行了正向冲击起爆模拟,采用调整延期体长度进行反向隔爆仿真模拟,最后通过正反对称实验以及飞片测速实验进行可行性验证。结果表明:该爆炸二极管可以正向稳定传递爆轰信号以及反向可靠阻断爆轰信号,而且激发药药量和延期体长度有一定范围值,其中激发药药量大于30 mg,而30 mg激发药药量下延期体长于4.0 mm。     

脉冲爆轰发动机管壁传热特性的数值研究

为了探究爆轰过程中燃烧室管壁的传热特性,采用CE/SE方法和有限差分法分别对气液两相脉冲爆轰发动机(PDE)内流场及燃烧室管壁的传热问题进行了数值计算; 运用能量平衡法解决了内流场与管壁传热之间的耦合传热问题。计算结果表明,对于燃烧室内任一截面,爆轰波扫过或膨胀波到来时,对流换热强度大,内壁面温度上升快; 单次爆轰时,爆轰波所在区域温度高达2 000 K,管壁靠近内壁面的区域径向上存在较大的温度梯度,靠近外壁面的区域温度几乎没有变化; 当燃烧室管口压力恢复到环境压力时,从PDE头部到尾部,管壁内壁面温度逐渐升高,热量传递区域厚度逐渐增大。