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。     

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。     

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。     

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。     

装药结构对爆破振动能量传递的影响研究

针对某石方钻爆工程单耗大、临近建(构)筑物振动响应较大问题,现场进行了连续耦合装药、径向不耦合装药、中部空气间隔装药及水不耦合装药的四组爆破试验。将测得的试验数据进行基于CEEMDAN的光滑降噪模型去噪,以各频带与原始信号的相关系数及均方误差为指标,筛选出优势分量,通过计算其能量值来判断4种装药结构下爆破振动的破坏力大小,并且对比分析了4种工况下岩体爆破块度,结果表明:空气不耦合装药爆破振动速度-时程曲线携带的能量最小、破坏力最小,水不耦合装药次之,但水不耦合装药爆破能有效降低岩石大块率及粉尘危害。     

偏/同心不耦合非装药段孔壁压力分布规律研究

孔壁压力是分析爆炸载荷在隧道掘进过程中对围岩损伤破坏的重要参数，针对隧道周边孔理论装药结构为同心不耦合装药，而实际装药结构为偏心不耦合装药的问题，采用模型试验方法，研究偏心与同心不耦合装药结构爆炸非装药段的孔壁压力。结果表明：偏心装药非装药段测距在0.2 m内的同截面，上孔壁峰值压力大于下孔壁；超过0.2 m时，炮孔同截面孔壁峰值压力近似相等。测距在0.2 m内时，偏心装药非装药段上孔壁峰值压力较同心装药大，偏心装药下孔壁峰值压力较同心装药小；测距大于0.2 m时，同心装药非装药段孔壁峰值压力均大于偏心装药。偏心装药非装药段上孔壁峰值压力随测距衰减最快，下孔壁次之，同心装药孔壁峰值压力衰减最慢。研究结果可为合理设计装药结构提供参考。     

水耦合强抛掷台阶爆破技术研究

径向不耦合装药可以有效降低孔壁峰值压力,从而降低粉碎区的范围,改善爆破效果,空气和水是工程中常用的两种耦合介质。基于等熵绝热膨胀理论和弹性理论,以花岗闪长岩为例,分析了空气耦合装药结构和水耦合装药结构产生的爆破荷载。理论计算结果表明：在装药直径为70 mm、炮孔直径为115 mm时,水耦合装药结构产生的准静态压力荷载和孔壁压力峰值分别是空气耦合装药结构的5.63倍、2.15倍,有利于加强岩体爆破破碎和抛掷。进一步提出了综合优化单耗分布、炮孔倾角及起爆延时参数的水耦合强抛掷台阶爆破技术,分析了水耦合强抛掷台阶爆破破岩过程。叶巴滩水电站边坡岩体开挖的工程实例证明：此技术将高陡边坡岩体台阶爆破开挖的抛掷率提高到了47.8%以上,爆后岩块平均粒径为327.3 mm,且爆破烟尘明显降低,有利于加快施工进度。     

高低温循环及对称冲击耦合加载下 炸药的安全性研究

基于一级轻气炮加载装置，研究了高低温循环及对称冲击耦合加载下某黑索今(RDX)基含Al炸药的安全性，计算了缺陷处的内能等参数。结果表明:高低温循环后，炸药试样出现可见的孔隙。对称碰撞加载后，不经高低温循环的试样未发生点火，应力加载峰值为835 MPa，加载时间为35 μs；而经历高低温循环的试样出现点火，点火前应力为242 MPa，加载时间11 μs。高低温循环所产生的缺陷是导致炸药点火的重要原因。     

基于非理想爆轰的炸药-岩石相互作用过程

对炸药-岩石相互作用过程正确和全面的理解是研究岩石爆破破碎过程的基础。通过未反应炸药采用Murnahan状态方程、爆轰产物采用JWL方程、反应速率采用三项点火-增长-反应速率模型,改进了的炸药非理想爆轰模型。实验数据对比表明,改进的非理想爆轰模型能够较好地模拟工业炸药的非理想爆轰过程。基于改进的非理想爆轰模型,研究了不同装药结构和不同耦合介质下炸药与岩石的相互作用过程。研究表明,同种炸药在纵波速度不同的岩石中的爆轰结构存在显著差异,空气和水对爆轰冲击波有明显的缓冲和迟滞作用,与空气不耦合装药相比,水耦合装药荷载峰值高,持续时间长,具有更高的能量利用率,有利于改善破碎效果。     

核反应堆预应力钢筋混凝土安全壳内爆炸数值分析

现代高技术战争和反恐怖战争中,核电站极有可能遭受精确制导弹药的打击。根据核反应堆预应力钢筋混凝土安全壳的结构形式,建立了安全壳有限元模型,采用土壤/混凝土材料模型,应用显式动力有限元程序LS-DYNA的流-固耦合算法,对预应力钢筋混凝土安全壳进行了内爆炸工况下的数值模拟分析,分析了在内爆炸荷载下安全壳结构的力学特性。结果表明:运用流-固耦合算法对安全壳进行内爆炸全过程三维数值模拟,能够揭示安全壳结构在内爆炸冲击波作用下的力学行为。     

外接触爆炸荷载作用下大口径钢管变形与破坏效应的数值模拟

摘 要：基于动力有限元程序LS-DYNA及Lagrangian-Eulerian耦合方法,对大口径钢管在凝聚态炸药外接触爆炸载荷作用下的非线性动态响应过程进行数值模拟,描述了管道的变形情况、破坏过程以及管道内部应力的发展过程,分析了炸药质量、管道壁厚等因素对钢管破坏效应的影响。并在相同的条件下进行了实验研究,计算结果与实验数据具有较好的一致性。研究表明,小质量炸药爆炸后在装药与钢管接触处产生凹坑、鼓包及层裂等破坏效应;而较大质量炸药爆炸后在其爆破部位发生剪切破坏产生类似弹丸的破片,破片具有较大的动能,能够击穿另一侧管壁。研究结果可应用于管道结构在接触爆炸作用下的毁伤或防护方面的预测,从而为管道的安全防护设计提供理论依据。     

聚脲弹性体夹芯防爆罐抗爆性能研究

应用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对三种防爆罐在1.2kgTNT爆炸载荷作用下的动态响应过程进行数值模拟。研究了无夹层、聚脲弹性体夹层和橡胶夹层防爆罐的抗爆性能。分析了不同夹层对防爆罐整体变形的影响,并分析了聚脲弹性体和橡胶夹层的吸能特性。通过聚脲弹性体夹层防爆罐在爆炸载荷作用下的变形试验研究,验证了数值计算结论的可靠性。结果表明,在相同爆炸载荷作用下,无论是在变形还是在能量吸收方面,聚脲弹性体夹层防爆罐都要优于无夹层防爆罐和橡胶夹层防爆罐;冲击波在聚脲弹性体传播过程中衰减幅度最大。     

分体式井下乳化炸药现场混装车的设计与应用

立足于地下矿山工程爆破实际,首次将井下乳化炸药现场混装车进行了分体式设计,解决了由于地下矿山巷道狭窄而导致井下混装车难以到达爆破作业面的技术难题。重点阐述了分体式井下乳化炸药现场混装车的结构、工作流程及其装药主要参数,并结合具体的工程应用实例,论述了该分体式混装车的特点和广阔的应用前景。     

露天矿山爆破安全评估要素分析

对露天矿山爆破工程项目进行安全评估,是为了确保爆破工程施工安全和完善公安机关现场监管执法管理依据。针对露天矿山爆破工程的特点,根据现有的法律法规及监管要求,结合浙江省露天矿山周边环境及施工工艺特点,制定出露天矿山爆破安全评估程序,对爆破施工现场安全评估的基本要素逐个进行分析,有针对性地提出科学、合理、可行的安全对策和建议,编制符合项目管理及法律法规要求的文件资料,为公安部门依法审批,监理单位现场监督管理提供可靠依据。     

现场混装乳化炸药在华润红水河公司露天矿山的应用

为了改善爆破效果,降低矿山开采成本,提高公司经济效益,使用现场混装乳化炸药作为爆破能源。介绍了现场混装乳化炸药工艺特点和爆破施工工艺及操作要点,分析了现场混装乳化炸药相比膨化炸药、大直径乳化炸药的优势。提出了现场混装乳化炸药在装药过程中应注意的有关事项。使用现场混装乳化炸药能提高劳动效率和爆破作业的安全性,取得了良好的经济效益。     

Experimental investigation of the deflection of peripherally restrained plates under explosive shock loading

The article describes a laboratory apparatus for study of the effect of explosive shock loading on plane barriers (plates) and a method for evaluating the delfection of plates with different forms of the restrained periphery. These facilitate investigation of the process of pulse loading due to the energy of explosion of the condensed explosives under laboratory conditions. The apparatus facilitates variation in the explosive shock loading parameters (mass of explosive, distance from charge to tested plates, thickness of plates and multilayer barriers, and form of the restraining periphery) along with recording of the magnitude of the pulse of pressure of explosion products on the plates. Results of a study of deflection of plates with a circular restraining periphery under explosive shock loading are presentedTranslated from Problemy Prochnosti, No. 3, pp. 88–90, March, 1991.     

The simplest method for calculating energy output and Gurney velocity of explosives

Two correlations are introduced for calculating Gurney velocity as a useful parameter for thermochemical estimation of explosive energy output. For CaHbNcOd explosives, only the chemical composition of high explosive as well as its condensed or estimated gas phase heat of formation, which later is calculated by group additivity rules, is needed for calculating Gurney velocity. The introduced simple correlations in the present work may be applied to any explosive that contains the elements of carbon, hydrogen, nitrogen and oxygen with no difficulties at any loading density. There is no need to use any assumed decomposition reaction in present work. Gurney velocity are calculated for different pure and explosive formulations and compared with measured Gurney velocity at specified loading density. The results show that the agreement is good for present method as compared to previous correlations.