聚氨酯封堵炮孔研究

论文摘要

聚氨酯是一种发泡成型的封堵材料，论文旨在研究其封堵爆破炮孔的效果。并应用ANSYS/LA-DYNA有限元数值模拟软件，对聚氨酯封堵炮孔进行分析和研究。通过研究岩体爆破机理，解析聚氨酯在爆破炮孔中所受到的各种力场，其中包括爆炸冲击波、应力波，爆生气体压缩应力，聚氨酯与岩体的摩擦力。针对这些力场，通过分析聚氨酯基础性质，得到聚氨酯密度、抗压强度、抗拉强度、弹性模量、摩擦系数等力学参数，为封堵效果的分析奠定基础。并对聚氨酯的阻燃性、反应放热性、静电性能做了实验研究。他们的测定值都在安全范围以内，确保了聚氨酯封堵炮孔的安全性。在聚氨酯力学性能数据的基础上，结合运动学理论，确定聚氨酯在炮孔中的变加速运动形式，推导出满足爆破完全所需时间的封堵长度的计算公式，并对封堵长度进行了求解计算。根据计算过程总结分析了影响聚氨酯炮孔封堵长度的各项因素。应用ANSYSY/LS-DYNA数值模拟软件，制定模拟方案，选取聚氨酯、药包、花岗岩以及空气的合理参数，模拟聚氨酯在爆破中的封堵效果。模拟结果表明聚氨酯封堵炮孔不仅会对爆炸应力波产生一定影响，而且会大大的提高爆生气体在炮孔内的应力值，延长爆生气体的作用时间，有效的提高了炸药对岩体的爆破作用。观察模拟结果中靠近药包的聚氨酯，由于其受到了较大的爆炸冲击压力而粉碎，失去了封堵效果。在确定聚氨酯封堵最优长度时，应该在计算值的基础上加上这一粉碎长度，作为最终聚氨酯封堵炮孔的最优长度，可以得到良好的封堵效果。基于上述结论，聚氨酯作为一种新型的爆破炮孔封堵物质，具有较好的应用价值。论文为聚氨酯封堵炮孔的推广使用提供了一些参考数据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 问题的提出及研究意义
• 1.2.1 问题的提出
• 1.2.2 研究意义
• 1.3 炮孔封堵研究现状及存在的不足
• 1.3.1 研究现状
• 1.3.2 存在不足
• 1.4 论文研究内容及技术路线
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 技术路线
• 第2章 岩体破碎机理及封堵物质受力分析
• 2.1 岩体破碎机理
• 2.1.1 爆生气体膨胀破坏理论
• 2.1.2 反射拉伸应力波破坏理论
• 2.1.3 应力波、爆生气体联合作用理论
• 2.1.4 岩体损伤力学理论
• 2.2 爆破内部作用
• 2.2.1 岩体粉碎区
• 2.2.2 岩体裂隙区
• 2.2.3 岩体震动区
• 2.3 爆破外部作用
• 2.3.1 准静态应力场改变
• 2.3.2 自由面片落破坏
• 2.3.3 径向裂隙的延伸
• 2.4 封堵物质受力分析
• 2.4.1 爆炸冲击波应力场
• 2.4.2 爆生气体应力场
• 2.4.3 岩体摩擦力场
• 第3章 聚氨酯基础性能研究
• 3.1 力学性能测定
• 3.1.1 抗压强度测定
• 3.1.2 抗拉强度测定
• 3.1.3 摩擦系数测定
• 3.2 反应放热性能测定
• 3.3 静电性能测定
• 3.4 阻燃性能测定
• 第4章 聚氨酯封孔长度理论解析
• 4.1 聚氨酯封堵长度分析
• 4.2 岩体爆破完全所需时间
• 4.3 爆生气体压力与摩擦阻力
• 4.3.1 爆生气体压力
• 4.3.2 摩擦阻力
• 4.4 聚氨酯炮孔内运动时间
• 1'>4.5 聚氨酯封堵长度 L₁
• 2'>4.6 聚氨酯封堵长度 L₂
• 4.7 影响封堵最优长度的因素
• 4.7.1 爆炸冲击波、应力波
• 4.7.2 爆生气体压力与摩擦阻力
• 4.7.3 爆破最小抵抗线
• 4.7.4 炮孔直径
• 4.7.5 岩体纵波波速与表面瑞丽波波速
• 第5章 聚氨酯封孔动力模拟
• 5.1 ANSYS/LS-DYNA 动力分析理论基础
• 5.1.1 ANSYS/LS-DYNA 概述
• 5.1.2 ANSYS/LS-DYNA 功能特点
• 5.1.3 ANSYS/LS-DYNA 控制方程
• 5.1.4 ANSYS/LS-DYNA 程序的使用
• 5.2 模拟方案
• 5.2.1 模拟基本假设
• 5.2.2 模型构建方案
• 5.2.3 材料应用方案
• 5.2.4 模型加载方案
• 5.3 模拟结果分析
• 5.3.1 岩体受力分析
• 5.3.2 聚氨酯动力分析
• 5.4 聚氨酯封孔模拟结论
• 第6章 结论与展望
• 6.1 研究结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录