并敷爆炸材料传爆状态研究

论文摘要

在光面爆破（Smooth blasting）、预裂爆破（Presplitting blasting）、石材开采生产爆破和中深孔爆破中,经常采用导爆索沿柱状炸药轴向并敷的装药结构。目前对并敷段爆炸材料的传爆特性已有初步的研究,并得出了相应的结论。但由于爆轰本身的复杂性以及实验条件和实验设备的限制,这些结论本身还未得到广泛认可。并且对于不同爆速的爆炸材料并敷段起爆后爆轰波的传播状况,其传爆过程与各并敷爆炸材料固有爆速的关系,均有待于通过实验和理论研究来进一步完善。本文在多组实验数据的基础上,运用理论分析和数值模拟的方法,对并敷爆炸材料传爆状态进行了研究,取得了如下主要成果: 从经典的C-J模型和Z-N-D模型出发,介绍了凝聚炸药的三种爆轰反应传播的机理:整体反应机理、表面反应机理或“热点机理”以及混合反应机理,并说明了各反应机理的适用范围。明确阐述了并敷爆炸材料的基本概念,运用上述机理对并敷爆炸材料爆轰波的传播过程进行了解释说明。 多组并敷爆炸材料的爆速测定数据表明:无论并敷爆炸材料的主发爆炸是低爆速爆炸材料,还是高爆速爆炸材料,经过相互激爆以后,不同爆速爆炸材料的并敷段都将沿轴向方向以其中的最大爆速进行传爆,在较短时间内完成爆轰过程。受爆速的影响,爆轰波波阵面的其它参数也将发生显著变化。因此,低爆速的爆炸材料沿爆轰方向并敷上高爆速的爆炸材料,可以显著提高其做功效率。 数值模拟结果客观的再现了不同条件下并敷爆炸材料的传爆过程,与理论分析和实验结果相吻合,验证了理论分析的合理性,并证明了数值模拟方法在并敷爆炸材料爆轰波传播中的适用性和科学性。 通过理论分析、实验室实验和数值模拟等方法对并敷爆炸材料传爆状态进行研究,得到一些对光面爆破、预裂爆破等爆轰机理的研究和工程爆破实践具有一定的指导意义的结论。利用这些结论对对比法测定导爆索爆速的计算公式进行了修正,使得计算结果更加合理、精确。

论文目录

• 第1章 引言
• 1.1 课题研究的目的与意义
• 1.2 国内外研究现状及存在问题
• 1.2.1 国内外爆轰理论的研究现状
• 1.2.2 存在的问题
• 1.3 本课题主要研究内容
• 1.3.1 预期的研究成果
• 1.3.2 本研究课题的创新点
• 第2章 爆轰波传播理论
• 2.1 引言
• 2.2 爆轰波的Chapman-Jouguet理论
• 2.2.1 C-J模型
• 2.2.2 爆轰波的基本关系式
• 2.3 爆轰波的Z-N-D模型
• 2.4 凝聚炸药爆轰反应机理
• 2.4.1 整体反应机理
• 2.4.2 表面反应机理或“热点机理”
• 2.4.3 混合反应机理
• 2.5 并敷爆炸材料爆轰反应机理探讨
• 2.6 本章小结
• 第3章 并敷爆炸材料爆轰波传播的实验研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验原理与方法
• 3.3 实验环境、材料的选取与制作
• 3.3.1 实验环境
• 3.3.2 材料的选取与制作
• 3.4 实验方案设计
• 3.4.1 炸药和导爆索各自固有爆速的测定
• 3.4.2 导爆索主发爆炸实验
• 3.4.3 炸药柱主发爆炸实验
• 3.5 实验结果及分析
• 3.5.1 实验结果
• 3.5.2 实验结果分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 并敷爆炸材料爆轰过程的数值模拟
• 4.1 引言
• 4.2 爆轰模拟软件
• 4.3 用于炸药爆轰二维模拟的非线性方法-DYNA程序简介
• 4.3.1 控制方程组
• 4.3.2 空间离散化
• 4.3.3 高斯积分与沙漏问题
• 4.3.4 时间积分
• 4.3.5 应力计算
• 4.3.6 冲击波与人工体积黏性
• 4.3.7 时间步长控制
• 4.4 JWL状态方程简介及其推导形式
• 4.5 点火与增长模型
• 4.6 模型建立
• 4.6.1 计算模型
• 4.6.2 材料模型
• 4.7 数值模拟结果
• 4.8 数值模拟结果分析
• 4.9 本章小结
• 第5章 对比法测定导爆索爆速方法的改进
• 5.1 引言
• 5.2 对比法测导爆索爆速概况
• 5.3 两导爆索并敷段的爆轰状况
• 5.4 对比法测定导爆索爆速装置中的爆轰过程及计算式
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 本研究课题的主要结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文
• 致谢