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。     

孔壁上爆炸冲击波初始参数的计算

本文应用冲击波理论,研究了耦合装药条件下孔壁上冲击波初始参数的计算,提出了一种新的孔壁压力的计算方法,并和经典的孔壁压力计算方法进行了比较。计算结果表明:对大多数岩石,该方法的计算結果与弹性波理论的计算结果基本吻合。     

水不偶合装药爆破时的破岩特征

根据水中爆炸冲击波理论和流体力学理论,分析探讨了炮孔水不偶合装药爆破时孔壁初始冲击压缩作用和由其引起的岩石破坏特征,以及这种装药结构条件下的炮孔准静压力和由其引起的炮孔周围岩石中的准静态应力场。结果表明,不偶合装药系数是影响水不偶合装药爆破作用的主要因素。     

水不偶合装药爆破时的破岩特征

根据水中爆炸冲击波理论和流体力学理论,分析探讨了炮孔水不偶合装药爆破时孔壁初始冲击压缩作用和由其引起的岩石破坏特征,以及这种装药结构条件下的炮孔准静压力和由其引起的炮孔周围岩石中的准静态应力场。结果表明,不偶合装药系数是影响水不偶合装药爆破作用的主要因素。     

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。     

中部空气间隔不同比例装药对炮孔孔壁受力及碎石块度的影响

为分析装药中部不同空气间隔位置对炮孔孔壁受力的影响，以Starfield迭加法为基础，得出中部空气间隔装药爆破时整段孔壁上的冲击压力计算公式。在ANSYS-DYNA中建立多组不同中部空气间隔位置的计算模型，对孔壁及周围岩体的受力和损伤度进行分析。最后，进行现场爆破实验，使用WipFrag软件对碎石块度分布的变化规律进行分析。结果表明：中部空气间隔装药爆破时，孔壁压力整体呈现两端大、中间小的分布特征，装药段孔壁受到的冲击压力达到最大，冲击波以8字型向炮孔周围传播。当空气间隔位置在装药段中点时，上、下段药柱周围岩体受力大致相等，碎石块度相对均匀。因此，垂直台阶进行露天爆破开采时，为降低大块和粉料的产生率，空气柱上、下段可进行等比例装药，倾斜边坡可以适当向上调整空气间隔位置。     

挡波墙对空气冲击波的削波作用研究

分析了空气中爆炸时挡波墙对冲击波的削波作用。结果表明，在爆源周围修一定高度和厚度的挡波墙可以把空气冲击波在挡波墙之后一定距离内的峰值压力削弱20%-30%，同时用数值模拟的方法计算了冲击波与挡波墙相互作用的过程，得到了在火电厂波原因有障碍物的爆炸场初始发展以及整个传播过程。数值模拟结果与实验测量和经验公式计算结果基本吻合。     

基于炮孔不同耦合介质的孔壁爆炸载荷及比能时间函数分析

为从炮孔装药耦合介质的选取上改善爆破效果和控制爆破振动危害,应用爆炸力学的相关理论建立耦合装药、不同耦合介质（水、空气、泥土）装药条件下孔壁爆炸载荷和透射比能的计算方法,通过MATLAB编程计算得到岩石介质中炮孔孔壁爆炸载荷和透射比能的时间函数并作图比较分析。研究表明：耦合装药时,孔壁爆炸载荷的初始值最大,但是衰减也最快;水不耦合装药时,孔壁爆炸载荷的初始值次之,但衰减速度最慢,作用时间最长;水不耦合装药时,孔壁透射比能量最大,耦合装药时次之;空气和泥土不耦合装药孔壁爆炸载荷与透射比能均较小。因此水不耦合装药提高了能量利用率,更有利于改善爆破效果,但产生的爆破振动强度大、作用时间长,不利于爆破振动危害控制。     

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。     

柱状炸药水下冲击波连续测量研究

通过自制的压导探针,对柱状装药水下爆炸过程进行连续测量,获得了柱状炸药的爆轰波和水下近场冲击波头的时间历程演化曲线。由此计算出柱状炸药的爆速、水的冲击波速度随时间的变化曲线;进一步由水的冲击雨果尼奥关系式和界面压力、速度连续方程,计算得到了炸药爆压、水下近场冲击波超压变化曲线。结果表明,水下爆炸近场的冲击波速度近似以指数形式衰减,最初阶段衰减很快,随时间推移,衰减越来越慢,最终水中冲击波速度趋于声速。近场冲击波超压的衰减形式与冲击波速度的衰减形式相似。     

两种含铝炸药水中近场冲击波传播规律研究

为揭示 RS211和 GUHL 两种含铝炸药水中爆炸近场冲击波的传播特性,采用高速扫描相机和阴影照相技术记录了近场冲击波沿柱形装药轴向的传播轨迹,结合 Rankine-Hugoniot 关系推算出了近场冲击波传播速度及阵面压力随传播距离的衰减规律,并与 TNT 炸药的结果进行了对比。同时,还结合近场冲击波的初始参数和Goranson 关系式计算出了炸药的爆压值。结果表明,初始冲击波阵面压力由大到小的顺序为 RS211、TNT、GUHL,在压力的衰减过程中,铝粉的反应使得冲击波的压力衰减速率得到降低,且 GUHL 炸药近场冲击波阵面压力的衰减最为平缓。     

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。     

挡墙对爆炸冲击波传播影响的数值模拟

基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)算法,采用有限元软件AutoDyn,对TNT 炸药地面起爆后,爆炸冲击波遇到挡墙时的传播规律进行了三维数值模拟。分析了炸药在自由空气中,刚性地面上,沙土地面上起爆情况下,对不同方向超压分布的影响,研究了当冲击波遇到挡墙时其迎爆面的超压和比冲量分布及冲击波绕射之后挡墙后方的超压和比冲量分布规律。分析结果表明:炸药起爆环境对冲击波超压有明显的影响,其影响程度随方向而定。爆炸冲击波遇到混凝土挡墙后将产生约2 倍于入射压力的反射超压;在比距离较小时,挡墙迎爆面的最大压力和比冲量均出现在挡墙底部。爆炸冲击波绕过挡墙之后将会发生环流汇聚现象,并且在冲击波相互碰撞下汇合处的超压较大。     

金属介质在切割爆破中的定向作用

为了研究定向切割中金属介质对爆炸能量传播的控制作用,采用理论计算和LS-DYNA数值模拟软件分析了孔壁初始裂缝的形成和裂缝贯穿的机理。结果表明:由于金属介质的冲击阻抗远大于水介质,沿金属介质方向传播的爆炸压力和速度都远大于其他方向,导致金属介质接触的孔壁处首先产生初始裂缝,随后在爆轰压力和"水楔"作用下裂缝失稳贯穿。有机玻璃模型实验结果表明:受金属介质的控制,模型能按照预定方向断裂出平整光滑裂缝,炮孔周围仅有少数短裂隙,证明了该技术的优势。     

真实空气中TNT装药爆炸近区冲击波传播特性研究

本文基于点源爆炸理论,建立了面源、线源和点源TNT装药强爆炸解,填补了面源与线源强爆炸解的空白;采用真实空气状态方程进行分析计算,研究了真实空气条件下球形TNT装药爆炸近区冲击波的传播特性。通过算例分析,计算结果与已有文献资料数据吻合较好。本文的研究成果对爆炸力学和防护工程研究起到了重要的参考作用。     

炸药的不完全起爆对其水下爆炸特性的影响

在2 m×2 m×2 m水箱中分别采用两种引爆方式对2.5 g、5 g和10 g圆柱形装药TNT进行了水下爆炸实验,得到了不同工况下冲击波和气泡脉动的压力时程曲线以及相应的气泡脉动过程。实验结果表明:使用电雷管对主装药进行引爆时,炸药并未完全起爆,冲击波峰值压力均小于经验公式计算得到的理论值,二者间平均误差为25.92%;而使用电雷管以及传爆药柱对主装药进行引爆后,炸药完全起爆,冲击波峰值压力与经验公式间的平均误差降低至4.37%,且整体较为稳定。在此基础上,对比两种引爆方式下的各项爆炸特性,发现炸药的不完全起爆会导致其爆炸后的气泡脉动周期和气泡膨胀最大半径有所减小,冲击波峰值压力、冲击波能以及气泡能明显降低,但对气泡脉动峰值压力的影响并不明显。     

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.