聚能切割器的初步研究

本文采用流体力学原理描述了聚能切割器切割射流形成及其对靶板的作用,建立了两种切割器射流参数和切割深度的初步计算公式,提出了切割射流长度和炸高的估算方法。通过实验验证,证明本文提供的计算模型基本正确。计算模型已编成计算程序,可用于计算各种聚能切割器的性能参数。     

金属型材线型聚能爆炸切割试验与数值模拟研究

对于金属结构物的线型聚能切割爆破,主要是利用线型聚能切割器切割金属型材。通过试验研究了线型聚能切割器对不同厚度钢板、角钢、槽钢和工字钢的切割能力,探讨了切割器设置问题,分析了起爆点对聚能切割器切割能力的影响问题。研究发现线型聚能切割爆破装药量仅为外部药包爆破的几分之一至几十分之一;聚能切割装药可根据炸断线的要求,可以方便地加工成所要求的形状且能够实现理想的切割断面和理想的切口方向,但是起爆点位置对切割效果的影响较大。论文的结论对于切割器选型和爆破方案的设计具有指导意义。     

聚能装药消声技术试验

为了控制聚能装药爆炸危害效应,降低爆炸噪声,拓展聚能装药的应用空间,在参照膛口消声器和工业用消声器的基础上,为聚能装药设计了3种消声装置。对不同结构不同参数消声装置进行试验。试验表明,结构外径80 mm的小孔扩散消声装置具有足够的结构强度,聚能射流可穿透40 mm厚均质45#钢靶板,在30 m距离上测到的噪声降到了60 dB,可在工业安全应用中,达到预期设计要求。     

自锻破片侵彻混凝土的数值模拟

为使串联战斗部中的聚能装药结构在短靶距内形成形状和侵彻能力较好的自锻破片(EFP),通过数值模拟的方法,研究了多级串联战斗部中自锻破片的形成及其对混凝土地下掩体的侵彻过程. 通过设计前级聚能装药结构,既保证了随进弹的装药量,又为随进弹的侵彻开辟了适当口径和深度的孔道. 总结了在计算过程中的几个关键步骤和处理方法;研究了药型罩的壁厚、锥角和聚能装药的起爆方式对EFP的影响. 研究结果表明:在二维轴对称的计算模型中,环形起爆方式有利于形成质量较好的EFP;聚能装药的壁厚越大,EFP的直径越大,侵彻深度越小;聚能装药的锥角越大,EFP的直径越大,速度越小.     

罩顶角对聚能切割器切割深度影响的数值模拟

聚能切割器的结构参数对侵彻深度有很大的影响,而药型罩作为切割器的核心部分,它的材料、尺寸和几何形状的选取是很重要的。本文通过应用ANSYS／LS—DYNA软件对同一装药条件下不同罩顶角的线型聚能切割器进行模拟,对比分析了射流头部的形状和速度以及侵彻深度随着罩顶角变化的关系,得出结论：罩顸角为90°时,其侵彻深度最大,     

倾斜煤层厚层坚硬顶板条件下 沿空留巷关键参数

为了确定倾斜煤层厚层坚硬顶板条件下的合理预裂爆破切顶卸压参数,通过理论计算和数值模拟,在切顶预裂爆破深度为4.0,5.0,5.5,6.0,8.0 m 及切顶角度为 0°,5°,10°,15°,20°时,对巷道顶板的垂直应力分布和巷道顶板垂直位移进行分析.试验结果表明:考虑经济成本,最优切缝深度为5.5 m;当预裂切顶角度为10°时,能有效切落采空区侧顶板,并且巷内围岩压力的卸压效果较为明显;根据聚能管直径确定切顶卸压爆破孔直径为55 mm,根据理论计算和数值模拟确定切顶卸压爆破孔间距为600 mm.将所得结果应用于柏林煤矿-2446(K26)综采工作面,可以保证该综采工作面的安全高效开采.     

聚能装药的破甲威力计算

本文提供的计算方法,可以计算药型罩压垮,射流形成及破甲过程的各种参数。计算模型具有的特点:压垮速度计算采用圆管模型提供的结果;射流速度分布按双线性处理,破甲过程采用解析法计算,并考虑了靶板强度及射流断裂的影响。根据对各种战斗部聚能装药的计算表明,理论结果与实验结果符合较好。本方法可以用于预报聚能装药的射流参数及破甲性能,也可以用来分析各种装药参数对破甲威力的影响。     

一种新型聚能破甲战斗部及其发展趋势探讨

针对当前以单罩聚能效应为主的聚能破甲战斗部，提出一种新型多罩复合聚能装药结构，探讨了其成型机理和联合破甲原理，系统研究了主要装药结构参数对破甲效果的影响。实验结果表明，该聚能装药结构比EFP装药结构，在保持穿孔孔径相当和同等装药条件下，可以提高穿深50%左右。在此基础上，进一步提出反反应装甲目标新型聚能装药结构，深化了聚能效应的内涵，丰富了打击目标的手段。     

轴对称聚能药管及其聚能效应

煤尘与瓦斯突出一直是威胁煤炭矿井安全生产最严重的自然灾害之一,而不合理的炸药装药及爆破将会引爆瓦斯与煤层而造成严重的生产事故。通过理论计算,确定了轴对称聚能药管的参数及煤的裂隙长度,并选择水胶炸药在钢管内进行模拟实验,得出较好的聚能爆破效果,对聚能爆破机理进行了模拟分析并得出:轴对称聚能爆破药管具有较好的聚能效应,有利于实现定向预裂爆破;药管可用PVC材料加。结论为轴对称聚能药管的设计提供理论和实验支持。     

新型活性复合射流成型及侵彻混凝土研究

为了兼顾活性复合射流对目标的侵爆联合毁伤效应,提出了一种新型活性复合药型罩聚能装药结构.采用正交设计方法,基于Autodyn-2D数值模拟平台对新型活性复合罩聚能装药结构进行了优化设计,获得了复合罩总壁厚、内罩口径比、内罩壁厚比、复合罩锥角及炸高对新结构聚能装药作用混凝土的侵彻深度、开孔直径、活性材料流入量与平均流入深度的影响规律,优化出了一组新型活性复合罩结构,并开展了新结构聚能装药作用混凝土靶的静爆实验,实验结果与仿真计算的侵深基本吻合.此外,实验结果还表明：在这种新结构活性复合射流侵爆联合作用下,可使混凝土表面形成较大崩落区,且形成的入孔孔径与仿真结果相比明显较大,这些现象表明活性材料发生了剧烈爆燃效应,可造成二次扩孔效应.     

新型聚能装药爆炸成型杆式射流数值模拟及试验研究

为解决杆式射流炸药能量利用率低、速度小等缺点,提出了一种新型高速杆式聚能装药结构,基于Autodyn软件分析了高速杆式射流的形成过程,给出了药型罩及附加装置截顶高度对杆式射流成型的影响,优化出了射流速度高、速度梯度小的杆式聚能装药结构并进行了试验验证,试验结果与数值模拟结果基本一致,表明采用的计算方法、材料模型及相关参数是合理的,验证了数值模拟的正确性,对进一步优化高速杆式射流设计具有一定的借鉴意义.      

瓦斯抽放煤层增透深孔聚能爆破钻孔参数

以焦作煤业集团九里山矿煤层深孔聚能爆破试验为基础,利用数值模拟分析了爆破煤体应力变化规律,发现聚能爆破效应导致应力峰值增大,扩大了煤体裂隙区范围.同时对聚能爆破钻孔参数进行优化,确定了合理的炮孔直径、爆破孔间距、爆破孔与邻近抽放孔及煤层顶底板间距.现场试验结果表明:优化的钻孔参数不仅使聚能爆破增透效果显著而且保证了爆破过程的安全.     

基于不同状态方程的聚能装药爆轰波形对比及验证

为了对典型JO-9159聚能装药的爆轰波形进行分析,分别通过JWL状态方程、JWL与γ律联合方程表征JO-9159聚能装药的爆轰产物状态,计算得到了基于不同状态方程的爆轰波传播轨迹。采用高速扫描相机获得了该装药在特定位置处的爆轰波形随时间的变化规律,通过仿真与试验结果对比表明:通过JWL与γ律联合方程计算得到的爆轰波传播轨迹与试验结果更为接近,说明该方程可以更准确地描述JO-9159聚能装药的爆轰产物状态。研究结果可为聚能装药爆轰波形分析及破甲战斗部设计提供参考。     

基于正交试验法研究线型聚能装药结构对双层靶板的作用

为能侵彻双层间隔靶,研究一种线型聚能装药结构,优化装药结构各个参数。基于正交试验方法提出对各射流指标进行装药结构参数的组合设计方案,通过仿真模拟并提取射流数据,研究不同参数间的交互作用,获得高置信水平的优化装药结构设计方法。进一步通过单项试验验证了仿真结果和正交分析的有效性,获得了侵彻双层靶板的线型聚能装药结构的最优组合。     

基于LS-DYNA 3D的聚能装药数值模拟规律验证与检验

针对当前广泛应用的商用数值模拟软件LS-DYNA 3D,开展了聚能装药射流成型与侵彻数值模拟结果可信度研究,对美国BRL-82基准弹进行数值模拟规律验证.结果表明：对轴对称聚能装药结构,药型罩壁厚网格数δ=4,对应装药、射流成型及侵彻通道的关键区域网格单元划分0.25 mm;射流成型采用多物质全Euler算法,侵彻采用多物质流固耦合算法,计算结果可信度较高.此外,铜药型罩材料本构模型选为Steinberg或Johnson-Cook时,对射流成型及侵彻计算结果可信度影响较小.设计了直径为56 mm的聚能装药,基于上述验证规律对其射流成型及侵彻进行数值模拟,通过脉冲X光和静破甲实验对该结果可信度进行了检验.     

截顶辅助型超聚能射流成形理论及正交优化

针对截顶辅助型超聚能装药结构设计及应用问题，建立了截顶辅助型超聚能射流成形微元法理论模型；综合考虑药型罩、炸药、壳体、炸高等因素关键参数，建立了超聚能射流成形特性主控参量量纲一分析模型；通过正交优化方法，揭示了辅助药型罩厚度、辅助药型罩边缘凸出长度、截顶药型罩壁厚、锥角以及炸高对超聚能射流有效射流长度和头部速度的影响规律，获得了5个关键因素影响的主次关系.      

基于实际径向切深的连续曲面周铣铣削力建模

为提高连续曲面周铣过程中铣削力的预测精度和计算效率,采用参数化曲面描述工件轮廓和刀具路径,研究实际径向切深的计算方法,推导解析算式,给出基于实际径向切深的瞬时切入角、切出角计算公式,从而构建了瞬时铣削力模型,提出了基于实际径向切深的铣削力预测方法.采用仿真法证明了曲率对实际径向切深具有显著影响,加工凹曲面时实际径向切深大于名义径向切深,加工凸曲面时实际径向切深小于名义径向切深.对连续曲面周铣铣削力进行预测,并进行试验验证,预测结果与试验结果在变化趋势和幅值方面均具有良好的一致性,仿真耗时显著减小,表明提出的铣削力预测方法具有较高的精度和计算效率.     

深孔聚能预裂爆破切顶卸压机理与应用

为解决悬顶导致的煤柱及邻近巷道高应力和大变形问题,结合工作面顶板地质条件,提出深孔聚能预裂爆破切顶卸压专项方案,采用数值模拟及现场试验对卸压效果开展综合研究。研究结果表明,煤层顶板在切顶后垂直应力减幅为21.62%,预裂切顶措施可显著降低煤柱及邻近巷道围岩应力水平。试验发现,炮孔内轴向贯穿裂缝明显,可实现采空区顶板及时垮落。顶底板在切顶后累计位移量减幅达59.27%,巷道两帮及顶底板移近变形得到有效控制,煤柱垂直应力增量显著降低。实践证明,采用深孔聚能预裂爆破切顶卸压效果显著,可大幅提高作业效率,为类似矿压防治工程提供借鉴。     

对FRP筋混凝土板的冲切承载力的分析

为了研究FRP筋混凝土板的冲切承载力,采用大型商用软件ABAQUS对Carlos E等的试验模型进行了数值计算,非线性有限元的计算结果与实验结果有着良好的吻合。在准确校正试验结果的基础上,对影响冲切效应的参数进行了分析,包括混凝土强度、加载面形状和板厚。根据参数分析的结果,对FRP筋混凝土板的冲切承载力公式进行修正。通过比较分析,计算结果和有限元解与试验结果非常的接近。     

新型环形聚能射流形成机理研究

为了解决环形聚能射流稳定性差、速度低等缺点,提出了一种新型环形聚能装药结构,基于正交优化方法,采用Autodyn软件对新型环形聚能装药结构进行了优化设计,给出了药型罩壁厚、药型罩曲率半径、聚焦装置锥角、喷孔直径及壳体厚度对射流头部轴向及径向速度的影响,优化出了径向偏转速度低的新型环形聚能射流,并进行了实验验证,实验结果与数值模拟结果基本一致.数值模拟及实验结果均表明,文中提出的新型环形聚能装药结构能够形成环形破孔,在钢靶上破孔直径107 mm,深度28 mm.