空气与水介质不耦合装药爆破数值模拟

不耦合装药爆破技术是预裂爆破和光面爆破的主要技术措施,是形成光滑岩壁,保护开挖面的主要手段。利用LS-DYNA建立了三维单孔不耦合装药爆破模型,并进行数值模拟,再现了不耦合装药爆破的应力发展过程,得出了爆破应力云图、应力和位移时程曲线图;分析了不耦合系数为2、3、4时,空气和水不耦合装药爆破孔壁应力及对孔壁破坏情况,得出了孔壁应力与不耦合系数的函数关系,并比较了水和空气对应力的衰减速度差异。从而为预裂爆破和光面爆破参数计算提供理论依据。     

空气与水介质不耦合装药爆破数值模拟

不耦合装药爆破技术是预裂爆破和光面爆破的主要技术措施,是形成光滑岩壁,保护开挖面的主要手段。利用LS-DYNA建立了三维单孔不耦合装药爆破模型,并进行数值模拟,再现了不耦合装药爆破的应力发展过程,得出了爆破应力云图、应力和位移时程曲线图;分析了不耦合系数为2、3、4时,空气和水不耦合装药爆破孔壁应力及对孔壁破坏情况,得出了孔壁应力与不耦合系数的函数关系,并比较了水和空气对应力的衰减速度差异。从而为预裂爆破和光面爆破参数计算提供理论依据。     

轴向不耦合装药结构形式优化仿真研究

为了改变某隧道平导爆破效果差、爆炸能量利用率低的现状,采用ANSYS/LS-DYNA模拟不同轴向不耦合装药结构形式对爆破效果的影响,优化装药结构,以期达到增强爆破效果,降低粉尘量和岩石大块率的目的。合理的选择数值模拟中的材料模型和算法,是高效模拟分析轴向不耦合装药结构爆破的关键,因此采用ALE算法对孔口空气填塞不耦合,孔口炮泥填塞、上部空气间隔不耦合,孔口水介质填塞、底部水介质间隔不耦合,孔口炮泥填塞、上部水介质间隔不耦合,孔口水介质填塞、中部水介质间隔不耦合和孔口炮泥填塞与中、上部水介质间隔不耦合的装药结构进行数值模拟,并以爆炸应力波云图和最大拉应力来评价炸药爆破效果。数值模拟结果表明:水介质可以降低炮孔壁附近岩石的压力。装药长度1.25m时,孔口炮泥填塞、上部空气间隔不耦合装药结构较孔口空气填塞不耦合装药结构,能提高爆炸能量的利用率;孔口水介质填塞、底部水介质间隔不耦合装药结构和孔口炮泥填塞、上部水介质间隔不耦合装药结构,爆炸能量利用率基本相同;孔口水介质填塞、中部水介质间隔不耦合装药结构的炸药爆炸能量利用率较其余5种装药结构都大,能提高爆炸应力波对岩石的作用,使得爆炸应力波更加均匀作用于岩体,降低大块率产生。此数值模拟结果可为现场爆破方案设计与实施提供依据。     

径向不耦合装药爆破效果的数值研究

为了研究径向不耦合条件下爆破效果的影响因素,利用AUTODYN-2D对比不耦合系数、不耦合介质、炸药种类对爆破效果的影响规律。结果表明,与耦合装药相比,径向不耦合装药条件下炮孔压力明显降低。对比水介质和空气介质下的爆破效果可知,水介质不耦合条件下,炸药爆炸能量的传递效率更高。炮孔压力与炸药种类密切相关,TNT产生的炮孔压力最大,但作用时间较短,而ANFO和乳化炸药的作用时间较长。     

径向不耦合装药爆破效果的数值研究

为了研究径向不耦合条件下爆破效果的影响因素,利用AUTODYN-2D对比不耦合系数、不耦合介质、炸药种类对爆破效果的影响规律。结果表明,与耦合装药相比,径向不耦合装药条件下炮孔压力明显降低。对比水介质和空气介质下的爆破效果可知,水介质不耦合条件下,炸药爆炸能量的传递效率更高。炮孔压力与炸药种类密切相关,TNT产生的炮孔压力最大,但作用时间较短,而ANFO和乳化炸药的作用时间较长。     

炮孔复合装药结构对混凝土作用的数值模拟

利用LS DYNA60 0应用软件 ,对炮孔复合装药爆炸后在混凝土中形成的应力波进行了计算。结果表明 ,位于该装药爆轰波传播主方向上混凝土中的应力波明显大于其反方向上的应力波 ,由此验证了该装药结构的性能。利用这种装药结构 ,能够达到降低爆破地震、提高光面爆破效果等目的。     

炮孔复合装药结构对混凝土作用的数值模拟

利用LS DYNA60 0应用软件 ,对炮孔复合装药爆炸后在混凝土中形成的应力波进行了计算。结果表明 ,位于该装药爆轰波传播主方向上混凝土中的应力波明显大于其反方向上的应力波 ,由此验证了该装药结构的性能。利用这种装药结构 ,能够达到降低爆破地震、提高光面爆破效果等目的。     

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。     

偏心不耦合装药爆破裂纹扩展实验研究

为了研究偏心不耦合装药结构下爆炸裂纹扩展规律,以有机玻璃板为介质,采用不同装药不耦合系数(分别为1.00、1.29、1.57、1.71、1.86、2.00、2.28)的装药结构进行爆炸实验。实验表明:偏心不耦合装药时炸药爆炸在炮孔周围形成的微裂纹区半径是不均匀的;随着装药不耦合系数的增大,耦合侧和不耦合侧的微裂纹区半径差值是逐渐增大的。在不耦合系数为1.71时,耦合侧最长主裂纹长度、主裂纹总长度、主裂纹平均长度达到最大;同时耦合侧与不耦合侧最长主裂纹长度差值、主裂纹总长度差值及主裂纹平均长度差值也达到最大。该研究为改进和优化偏心不耦合装药结构、降低爆破对围岩损伤破坏具有一定的参考价值。     

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.     

应力波在泡沫铝夹层三明治板中传播规律的数值研究

根据 Gibson 理论模型确定出泡沫铝的力学参数,设计出不同密度组合的5种数值计算模型,利用非线性动力学程序 LS-DYNA 研究了爆炸载荷作用下,应力波在泡沫铝夹层三明治板中的传播规律。对其缓冲吸能、衰减应力波特性进行对比分析。研究结果表明：由 Gibson 理论模型确定出的泡沫铝力学参数,在 CrushableFoam 本构模型中能够较好地反映应力波在不同介质界面间的反射与透射情况,与弹性波理论吻合度较高。在总体密度相同的情况下,H-M-S 梯度结构对爆炸冲击波具有更好的缓冲效果。其对应力波的持续削弱能力和爆炸冲击能量的持续吸收能力都要强于其他结构。     

坑道口部内爆炸情况下扩散室中冲击波的数值分析

扩散室是一类重要的防护工程坑道口部消波措施,其结构形式和几何尺寸对消波效果影响显著.为使其消波效率最大化同时具有较高性价比,对化爆荷载作用下坑道中不同特征尺寸扩散室的消波规律进行探讨,提出了数值分析的计算方案,并取得了理想的消波模拟效果.在此基础上与试验进行比较,对模拟结果展开分析,验证了计算结果的准确性和计算方法的可行性.计算给出了扩散室中冲击波瞬变位置取值的表达式,并指出费效比合理的扩散室长径比为3,为扩散室在防护工程坑道结构设计中的应用提供了技术参考.     

特殊装药结构在风火山冻土隧道光面爆破中的应用研究

针对青藏铁路风火山冻土隧道地质条件和气候条件特殊,隧道内气温温度高于围岩温度容易引起隧道围岩融塌的问题,分析了引起隧道工作面温度升高的原因,提出了一种盐水-空气复合不耦合装药结构,并进行了理论研究和模拟试验研究.结果表明,该装药结构既能降低隧道工作面的温度,也能减少爆破对隧道围岩的损伤,隧道现场周边眼应用爆破效果明显.     

装药起爆位置对爆炸能量传递影响的数值模拟

采用数值模拟软件LS-DYNA模拟了带壳装药在土壤层中在其不同端面起爆时爆炸产生的应力波,在上层半无限混凝土介质中的传播过程,得到了装药不同端面起爆时产生的应力波在混凝土中随时间和位置的变化规律.模拟结果表明,在装药底端面起爆时爆轰能量利用率较高,对混凝土的作用效果较好,能够为提高装药结构威力设计提供一定参考依据.     

等效球药包迭加模型的应力计算分析

结合Starfield单元球迭加原理,认为单元球药包的质量和个数是影响条形药包近场应力特征的主要因素。在分析条形药包的现有理论研究方法的基础上,引入条形药包的长径比参数,构建了单孔装药量的爆破应力迭加公式。通过具体的算例得出:当条形药包的装药直径取4 cm时,计算出的最优长径比范围为10~12,装药量(TNT)为544~654 g。通过迭加公式的理论模型与其数值模型的应力场分布特征进行对比分析,发现迭加球药包应力场在径向方向始终呈柱面波形式向外扩散,并同时存在"端部效应";其理论值和模拟值的相对误差控制在20%以内,验证了应力迭加公式的计算方法是可行的,为单孔装药引起的应力计算和应力场分析提供了一个简易的数学模型。     

带壳装药爆炸毁伤混凝土的数值模拟

为研究壳体对混凝土毁伤效果的影响规律,运用AUTODYN-2D对裸装药和不同厚度钢壳装药爆炸毁伤混凝土进行了数值模拟,结果表明,裸装药爆炸毁伤混凝土后的有效破坏区半径R2值比薄壳体时的小,但比较厚钢壳体时的大,这与试验结果吻合.壳体的存在对于最终毁伤效果的影响,视钢壳体的厚度而定.     

Numerical Analysis of Stress Concentration for Brittle Matrix Composites

A FEM numerical model is constructed of SiCf/LASIII glass-ceramic uni-direction plate under tension loading. The smeared crack method is used to deal with the failure point of fiber and matrix elements. The solution of the model gives the distribution of meso-stress of SiCf/LASIII glass-ceramic uni-direction plate. The stress concentration factor K and the size of stress concentration effect zone are also analyzed. The average saturation cracking space is obtained by a numerical method. The mesh length of the elements is also studied.