本文關(guān)鍵詞：環(huán)向聚能裝藥的數(shù)值模似與應(yīng)用研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：環(huán)向聚能裝藥是在傳統(tǒng)錐形聚能裝藥的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的,其顯著特點(diǎn)是藥型罩的結(jié)構(gòu)為環(huán)型,區(qū)別于圓錐藥型罩和線(xiàn)型藥型罩。裝藥起爆后,在爆轟壓力的作用下環(huán)向聚型罩被壓垮,形成360°與裝藥軸線(xiàn)垂直的圓盤(pán)射流向外(內(nèi))噴射,達(dá)到同時(shí)破壞多個(gè)方向目標(biāo)的目的。正是由于上述結(jié)構(gòu)特點(diǎn),使得環(huán)向聚能裝藥具有廣泛的軍事和工業(yè)應(yīng)用價(jià)值,對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)和研究具有十分重要的意義。巖巷掘進(jìn)工程爆破中掏槽爆破存在炮孔利用率低、爆破震動(dòng)強(qiáng)度大,以及中深孔露天臺(tái)階爆破超深嚴(yán)重、巖石破碎不均勻等問(wèn)題,針對(duì)上述問(wèn)題提出采用“先切后掏”的爆破思想,通過(guò)改變炮孔裝藥結(jié)構(gòu)來(lái)提高炮孔利用率和巖石破碎率,降低爆破振動(dòng),以及消除超深或盡量減小超深,進(jìn)而提高循環(huán)進(jìn)尺。本文首先基于聚能原理和炮孔的具體形態(tài),設(shè)計(jì)了一種殼體環(huán)向聚能致裂器,并對(duì)其可行性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：直接利用殼體材料作為聚能材料,在圓形管殼上設(shè)置多個(gè)聚能環(huán),裝藥起爆后,在軸向同時(shí)形成多排環(huán)向聚能射流圓盤(pán)刀,對(duì)周?chē)繕?biāo)介質(zhì)進(jìn)行侵徹致裂。為了減少非裝藥段管殼爆炸后形成破片對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生的影響,聚能環(huán)間采用裝藥分層器隔開(kāi),優(yōu)化后的環(huán)向聚能致裂器的結(jié)構(gòu)不僅提高了炸藥能量的利用率,而且能夠有效避免由端點(diǎn)起爆導(dǎo)致的射流發(fā)生偏轉(zhuǎn),在此基礎(chǔ)上研究了小尺寸環(huán)向聚能致裂器的侵徹性能。最后對(duì)環(huán)向聚能射流在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的受力情況進(jìn)行了分析,由于環(huán)向聚能裝藥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),射流很容易在徑向拉伸(速度梯度的存在)和切向拉伸的雙重作用下從射流頭部至杵體依次斷裂成非連續(xù)的點(diǎn)狀射流圓盤(pán),因此過(guò)大的炸高將導(dǎo)致射流的侵徹能力急劇下降。根據(jù)相似準(zhǔn)則,在無(wú)縫鋼管內(nèi)澆筑的水泥砂漿進(jìn)行掏槽爆破模擬實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,環(huán)向聚能致裂器爆破后具有良好的掏槽爆破效果,掏槽眼成型質(zhì)量好,孔壁平整,炮孔利用率達(dá)到98%。結(jié)合射流破巖及巖石爆破原理對(duì)環(huán)向聚能致裂器的爆炸致裂機(jī)理進(jìn)行了分析,由于聚能射流的侵徹作用,在孔壁環(huán)向產(chǎn)生初始誘導(dǎo)裂縫,并在后續(xù)爆生氣體的準(zhǔn)靜態(tài)載荷作用下,裂縫在氣楔和應(yīng)力集中的共同作用下向前擴(kuò)展,能夠有效形成交錯(cuò)的裂紋網(wǎng)絡(luò)。最后提出利用環(huán)向聚能致裂器解決中深孔露天臺(tái)階爆破超深和大塊率問(wèn)題。數(shù)值模擬作為研究聚能裝藥的有效技術(shù)手段之一,能夠形象的再現(xiàn)射流形成的細(xì)微觀(guān)過(guò)程,彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)測(cè)量技術(shù)的不足,同時(shí)能夠節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本,為射流的機(jī)理研究提供理論參考依據(jù)。應(yīng)用商業(yè)軟件LS-DYNA對(duì)環(huán)向聚能射流的形成過(guò)程進(jìn)行三維數(shù)值模擬,通過(guò)軸對(duì)稱(chēng)算法研究了起爆方式的不同對(duì)射流的成型和射流速度的影響,結(jié)果表明由于爆轟波的疊加作用,兩端對(duì)稱(chēng)起爆形成的射流頭部速度最大,中心點(diǎn)起爆次之,端點(diǎn)起爆最小。端點(diǎn)起爆的爆轟波以非對(duì)稱(chēng)形式作用在藥型罩兩側(cè),且兩側(cè)爆轟壓力峰值相差較大,故形成的射流偏離對(duì)稱(chēng)面運(yùn)動(dòng)。通過(guò)對(duì)同截面尺寸的錐形、線(xiàn)型和環(huán)向聚能裝藥侵徹靶板進(jìn)行數(shù)值模擬,比較了三種典型聚能裝藥對(duì)靶板的侵徹能力。采用流固耦合方法對(duì)小尺寸的環(huán)向聚能致裂器侵徹鋼靶進(jìn)行數(shù)值模擬,模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好,同時(shí)小尺寸的環(huán)向聚能致裂器對(duì)鋼靶具有足夠的侵徹能力,因而可以對(duì)脆性材料如巖石產(chǎn)生強(qiáng)烈的環(huán)向侵徹效果,便于在巖石中形成初始誘導(dǎo)裂縫,為巖石的起裂和開(kāi)裂創(chuàng)造條件。頁(yè)巖氣儲(chǔ)層具有低孔隙度和超低滲透率的物性特征,極大地影響了頁(yè)巖氣的開(kāi)采效率。在原有工作的基礎(chǔ)上提出柔性環(huán)向聚能致裂器實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖爆炸致裂技術(shù)的新設(shè)想,利用爆炸后產(chǎn)生的環(huán)向聚能射流圓盤(pán)刀,高速侵徹巖體,在巖體孔壁上形成初始誘導(dǎo)裂縫,并在爆炸產(chǎn)生的振動(dòng)和高能氣體作用下,使巖體內(nèi)初始誘導(dǎo)裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展,與頁(yè)巖中初始天然裂隙形成大范圍相互交錯(cuò)的裂紋網(wǎng),增加頁(yè)巖的孔隙度和滲透率,為下一步二次水力壓裂創(chuàng)造有利條件。通過(guò)切割鋼管模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)該致裂器的作用原理進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,并對(duì)環(huán)向聚能裝藥侵徹混凝土靶板進(jìn)行了數(shù)值模擬,模擬結(jié)果顯示環(huán)向聚能射流能夠產(chǎn)生大量環(huán)向損傷裂隙,并進(jìn)一步擴(kuò)展形成相互交錯(cuò)的復(fù)雜裂紋網(wǎng)絡(luò)。
【關(guān)鍵詞】：環(huán)向聚能裝藥 掏槽爆破 炮孔利用率 聚能致裂 誘導(dǎo)裂縫 數(shù)值模擬 流固耦合
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TQ560.7;TB41
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-14
• 第1章 緒論14-42
• 1.1 引言14-16
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-22
• 1.2.1 聚能裝藥及其發(fā)展概況16-17
• 1.2.2 聚能射流形成機(jī)理研究17-19
• 1.2.3 聚能射流穩(wěn)定性研究19-21
• 1.2.4 聚能射流侵徹理論研究21-22
• 1.3 聚能裝藥的數(shù)值模擬22-24
• 1.4 聚能裝藥的用途24-25
• 1.4.1 在軍事方面的應(yīng)用24-25
• 1.4.2 在工業(yè)方面的應(yīng)用25
• 1.5 環(huán)向聚能裝藥方面的研究25-26
• 1.6 研究意義26-27
• 1.7 本文主要研究?jī)?nèi)容27-29
• 參考文獻(xiàn)29-42
• 第2章 聚能射流形成和侵徹的基本理論42-60
• 2.1 引言42-43
• 2.2 聚能射流形成的理論模型43-50
• 2.2.1 伯克霍夫定常理論43-45
• 2.2.2 PER準(zhǔn)定常理論45-48
• 2.2.3 粘-塑性理論48-49
• 2.2.4 射流形成的臨界條件49-50
• 2.3 聚能射流侵徹的理論模型50-55
• 2.3.1 定常理想不可壓縮流體力學(xué)侵徹理論50-51
• 2.3.2 準(zhǔn)定常理想不可壓縮流體力學(xué)侵徹理論51-53
• 2.3.3 考慮靶板材料強(qiáng)度的侵徹理論53-54
• 2.3.4 彈坑擴(kuò)展模型54-55
• 2.4 聚能射流斷裂的理論55-57
• 2.5 本章小結(jié)57-58
• 參考文獻(xiàn)58-60
• 第3章 環(huán)向聚能裝藥的實(shí)驗(yàn)研究60-74
• 3.1 引言60-61
• 3.2 環(huán)向聚能致裂器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)61-63
• 3.2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)61-62
• 3.2.2 參數(shù)設(shè)計(jì)62-63
• 3.3 環(huán)向聚能致裂器的可行性實(shí)驗(yàn)63-65
• 3.3.1 侵徹鋼板實(shí)驗(yàn)63-64
• 3.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論64-65
• 3.4 環(huán)向聚能致裂器結(jié)構(gòu)的改進(jìn)65-66
• 3.5 環(huán)向聚能致裂器侵徹實(shí)驗(yàn)66-70
• 3.5.1 侵徹鋼管實(shí)驗(yàn)66-69
• 3.5.2 侵徹鋼板實(shí)驗(yàn)69-70
• 3.6 環(huán)向聚能射流運(yùn)動(dòng)過(guò)程的受力分析70-71
• 3.7 本章小結(jié)71-73
• 參考文獻(xiàn)73-74
• 第4章 環(huán)向聚能裝藥的應(yīng)用研究74-92
• 4.1 引言74-75
• 4.2 巖石爆破作用原理75-79
• 4.2.1 巖石中爆炸應(yīng)力波的傳播和爆破理論75-76
• 4.2.2 巖石的爆破破碎機(jī)理76-78
• 4.2.3 巖石裂縫擴(kuò)展的力學(xué)基礎(chǔ)78-79
• 4.3 高效掏槽爆破模型實(shí)驗(yàn)研究79-84
• 4.3.1 相似理論及其在爆破工程中應(yīng)用79-81
• 4.3.2 掏槽爆破模型實(shí)驗(yàn)81-84
• 4.4 環(huán)向聚能致裂器爆炸致裂機(jī)理分析84-85
• 4.5 解決中深孔露天臺(tái)階爆破大塊率和根底問(wèn)題85-88
• 4.5.1 背景介紹85-86
• 4.5.2 新裝藥結(jié)構(gòu)的設(shè)想86-88
• 4.6 本章小結(jié)88-89
• 參考文獻(xiàn)89-92
• 第5章 環(huán)向聚能裝藥的數(shù)值模擬研究92-114
• 5.1 引言92-93
• 5.2 環(huán)向聚能射流形成過(guò)程的三維數(shù)值模擬93-99
• 5.2.1 計(jì)算模型及參數(shù)93-94
• 5.2.2 材料本構(gòu)模型與狀態(tài)方程94-97
• 5.2.3 計(jì)算結(jié)果與分析97-99
• 5.3 起爆方式對(duì)環(huán)向聚能射流成型的影響99-103
• 5.3.1 計(jì)算模型及參數(shù)99-100
• 5.3.2 計(jì)算結(jié)果分析與討論100-103
• 5.4 同尺寸不同藥型罩侵徹性能的比較103-108
• 5.4.1 三種聚能裝藥的計(jì)算模型及算法103-105
• 5.4.2 計(jì)算結(jié)果與分析105-108
• 5.5 小尺寸環(huán)向聚能致裂器侵徹鋼靶的數(shù)值模擬108-111
• 5.6 本章小結(jié)111-112
• 參考文獻(xiàn)112-114
• 第6章 頁(yè)巖爆炸致裂技術(shù)的初步研究114-128
• 6.1 引言114-115
• 6.2 新工藝的設(shè)想115-117
• 6.3 實(shí)驗(yàn)研究117-118
• 6.3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)117-118
• 6.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論118
• 6.4 環(huán)向聚能致裂器侵徹巖體裂紋擴(kuò)展的數(shù)值模擬118-124
• 6.4.1 計(jì)算模型及材料本構(gòu)119-123
• 6.4.2 數(shù)值模擬結(jié)果與分析123-124
• 6.5 環(huán)向聚能致裂器用于頁(yè)巖爆炸致裂設(shè)想的結(jié)論124
• 6.6 本章小結(jié)124-126
• 參考文獻(xiàn)126-128
• 第7章 全文總結(jié)128-132
• 7.1 全文總結(jié)128-130
• 7.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)130
• 7.3 存在的問(wèn)題及工作展望130-132
• 致謝132-134
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其他研究成果134-135

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 溫萬(wàn)治,惲壽榕,趙衡陽(yáng),張?jiān)虑?聚能裝藥侵徹鋼板全過(guò)程的數(shù)值模擬[J];爆炸與沖擊;2001年02期

  本文關(guān)鍵詞：環(huán)向聚能裝藥的數(shù)值模似與應(yīng)用研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：309726