不同起爆点聚能装药爆破射流的数值模拟分析-矿业114网 
首页 >> 文献频道 >> 矿业论文 >> 正文
不同起爆点聚能装药爆破射流的数值模拟分析
2011-08-04
采用有限元程序对聚能爆破形成射流的过程进行二 维仿真模拟,在药型罩、炸药等参数相同的条件下,对起爆点 的不同对爆破形成射流的形态和射流基本参数的变化进行 了对比分析。结果表明,起爆点的不同对射流形成初期的形 状、长度均有较明显的影响;采用双起爆点起爆后最终所形 成的射流无论是从射流拉伸的长度上,还是射流头部速度都 与单点起爆形成的射流基本相同。
ISSN 1005 - 2763 CN 43 - 1215 /TD 矿 业 研 究 与 开 发 第 28卷 M IN ING  R & D, Vol. 28,No. 4 第 4期   2008年 8月 Aug. 2008   3 不 同 起 爆 点 聚 能 装 药 爆 破 射 流 的 数 值 模 拟 分 析 朱 万 刚 ,郭 连 军 ,徐 志 强 (辽 宁 科 技 大 学 资 源 与 土 木 工 程 学 院 ,辽 宁 鞍 山 市 114044) 摘 要 :采 用 有 限 元 程 序 对 聚 能 爆 破 形 成 射 流 的 过 程 进 行 二 维 仿 真 模 拟 ,在 药 型 罩 、炸 药 等 参 数 相 同 的 条 件 下 ,对 起 爆 点 的 不 同 对 爆 破 形 成 射 流 的 形 态 和 射 流 基 本 参 数 的 变 化 进 行 了 对 比 分 析 。 结 果 表 明 ,起 爆 点 的 不 同 对 射 流 形 成 初 期 的 形 状 、长 度 均 有 较 明 显 的 影 响 ;采 用 双 起 爆 点 起 爆 后 最 终 所 形 成 的 射 流 无 论 是 从 射 流 拉 伸 的 长 度 上 ,还 是 射 流 头 部 速 度 都 与 单 点 起 爆 形 成 的 射 流 基 本 相 同 。 射 流 ,也 称 为 “ 射 流 切 割 刀 ”,它 具 有 较 强 的 切 割 能 力 。 这 种 线 型 聚 能 技 术 可 用 于 常 规 机 械 手 段 无 法 实 施 的 特 殊 情 况 ,例 如 水 下 沉 船 切 割 、结 构 物 的 爆 破 拆 除 、边 坡 岩 体 爆 破 等 工 程 。 目 前 工 业 与 军 事 实 践 过 程 中 ,大 部 分 采 用 单 起 爆 点 对 等 壁 厚 药 型 罩 条 件 下 的 聚 能 切 割 器 。 这 种 结 构 的 聚 能 切 割 器 可 以 形 成 较 高 的 射 流 速 度 ,且 具 有 较 大 的 速 度 梯 度 ,有 利 于 射 流 的 拉 伸 ,加 大 侵 彻 深 度 。 在 很 多 情 况 下 ,单 起 爆 点 起 爆 已 不 能 满 足 技 术 和 施 工 上 的 要 求 ,所 以 有 必 要 检 验 多 起 爆 点 对 聚 能 射 流 形 成 的 影 响 ,为 今 后 聚 能 爆 破 技 术 更 好 、更 全 面 的 发 展 提 供 理 论 支 持 。 随 着 计 算 机 和 数 值 模 拟 技 术 的 飞 速 发 展 ,通 过 数 值 模 拟 的 方 法 观 察 聚 能 射 流 的 形 成 过 程 并 对 其 形 成 规 律 进 行 深 入 研 究 已 成 为 重 要 的 手 段 之 一 。 本 文 应 用 DYNA2D 显 示 动 力 分 析 程 序 对 相 同 炸 药 及 药 型 罩 参 数 条 件 下 ,不 同 起 爆 点 的 聚 能 装 药 起 爆 后 的 射 流 过 程 进 行 数 值 模 拟 ,以 起 爆 点 的 不 同 为 特 征 ,探 讨 不 同 起 爆 点 条 件 下 金 属 罩 形 成 射 流 的 区 别 及 存 在 的 规 律 。 关 键 词 :聚 能 射 流 ;数 值 模 拟 ;起 爆 点 + 中 图 分 类 号 : TD235. 1, TD235. 4 7  文 献 标 识 码 : A 文 章 编 号 : 1005 - 2763 (2008) 04 - 0077 - 03 Numerical Simula tion on Blasting Jet Formed by Shaped Charge with D ifferent Positions of In itiating Explosive Zhu W angang, Guo L ianjun, Xu Zhiqiang ( School of Resources and Civil Engineering,L iaoning University of Science and Technology,Anshan, L iaoning 114044, China) Abstract: Two - dimensional simulation of the jet form ing p rocess of shaped charge was carried out by using finite element p rogram, the jet form s and the changes of jet parameters for shaped charges with different positions of initiating explosive but under the same parameters of shaped charge liner and exp losive were compared and analyzed. The results showed that initiating position has obvious influence on the form and length of jet in the initial stage of jet generating; but in the latter period of jet generating both in the length of jet and the velocity of jet head were almost the same for shaped charges with two initiating ex2 plosives and one initiating explosive. 1   数 值 模 拟 模 型 参 数 设 置 为 了 对 射 流 各 项 参 数 进 行 对 比 ,对 两 点 对 称 起 爆 和 单 点 起 爆 的 聚 能 装 药 进 行 模 拟 。 计 算 模 型 的 建 立 遵 循 以 下 4点 原 则 : ( ( ( ( 1) 药 型 罩 采 用 等 壁 厚 形 式 ; 2) 药 型 罩 和 聚 能 装 药 的 炸 药 同 轴 ; 3) 装 药 密 度 是 均 匀 的 ; Key W ords: Shaped charge jet, Numerical simulation, Initia2 ting point 0   引 言 4) 装 药 结 构 是 对 称 的 。 [ 1 ] ,药 型 罩 计 算 模 型 分 为 药 型 罩 和 炸 药 两 部 分 线 型 聚 能 装 药 有 时 又 被 称 为 聚 能 切 割 器 。 线 型 为 紫 铜 罩 ,材 料 模 型 为 Johnson - Cook塑 性 模 型 ,状 聚 能 切 割 器 的 工 作 原 理 是 :线 型 聚 能 装 药 起 爆 后 ,爆 [ 2 ] ;炸 药 选 取 塑 性 炸 药 ,装 态 方 程 为 Gruneisen方 程 轰 产 物 以 高 达 几 十 万 个 大 气 压 的 压 力 压 垮 金 属 罩 (即 药 型 罩 )向 装 药 轴 线 处 闭 合 ,使 其 形 成 高 速 金 属 药 高 度 为 16 mm,采 用 高 能 炸 药 燃 烧 模 型 ,炸 药 爆 轰 3 收 稿 日 期 : 2007 - 09 - 19 作 者 简 介 :朱 万 刚 (1979 - ) ,男 ,辽 宁 辽 中 人 ,在 读 硕 士 ,主 要 从 事 爆 破 技 术 方 面 的 研 究 及 应 用 , Email: zhuwangang1215@163. com。 矿 业 研 究 与 开 发 2008, 28 (4) 7 8 [ 3 ] 。 计 算 过 程 中 只 产 物 控 制 方 程 为 JWL 状 态 方 程 形 成 的 射 流 较 细 ,直 径 相 对 比 较 均 匀 ;单 点 起 爆 后 初 期 所 形 成 的 杵 体 比 同 时 期 双 点 起 爆 所 形 成 的 杵 体 短 ;双 点 起 爆 的 射 流 头 部 速 度 略 大 于 单 点 起 爆 的 射 流 头 部 速 度 。 当 t = 10. 500μ s时 刻 ,两 种 不 同 起 爆 方 式 所 形 成 的 射 流 ,无 论 是 射 流 强 度 、射 流 长 度 ,还 是 射 流 形 状 都 基 本 相 同 。 在 t = 16. 000μ s时 刻 ,两 种 不 同 起 爆 方 式 所 形 成 的 金 属 射 流 各 个 参 数 指 标 已 经 基 本 相 同 。 改 变 起 爆 点 ,其 他 参 数 不 变 。 计 算 模 型 结 构 见 图 1。 图 1计 算 模 型 结 构   模 型 使 用 solid162二 维 实 体 单 元 进 行 划 分 ,使 用 平 面 应 变 算 法 13。 炸 药 部 分 采 用 40 资 40单 元 划 分 ,网 格 划 分 时 对 金 属 罩 部 分 应 用 自 适 应 网 格 划 分 方 法 ,使 变 形 较 大 的 金 属 罩 部 位 的 网 格 密 化 ,从 而 提 高 该 部 分 的 计 算 精 度 。 当 炸 药 起 爆 6μ s后 ,炸 药 对 金 属 罩 的 作 用 基 本 消 失 。 此 时 ,将 炸 药 组 件 从 计 算 模 型 中 删 除 。 2   数 值 模 拟 结 果 及 分 析 2 . 1双 起 爆 点 爆 破 形 成 射 流 的 形 态 与 参 数 2为 各 个 不 同 时 刻 ,单 点 起 爆 与 双 点 起 爆 的 聚 能 射 流 形 成 过 程 的 效 果 对 比 图 。 由 于 数 值 模 拟 涉 及 到 时 间 步 长 和 数 据 输 出 时 间 图   间 隔 等 多 项 参 数 设 置 ,所 以 用 数 值 模 拟 的 方 法 可 以 对 两 种 不 同 起 爆 方 式 所 造 成 的 金 属 射 流 进 行 同 时 间 步 对 比 。 对 比 图 2可 以 看 出 ,在 t = 4. 998μ s时 ,单 起 爆 点 起 爆 所 形 成 的 金 属 射 流 明 显 比 双 起 爆 点 起 爆 所 形 成 的 金 属 射 流 短 ;单 起 爆 点 起 爆 所 形 成 的 金 属 射 流 较 粗 ,且 射 流 中 间 较 前 后 端 粗 ;双 起 爆 点 起 爆 所 图 2单 点 与 双 点 起 爆 的 聚 能 射 流 形 成 过 程 的 效 果 对 比 图 3为 金 属 射 流 头 部 结 点 速 度 随 时 间 变 化 的   曲 线 。 图 3射 流 头 部 速 度 随 时 间 的 变 化   对 于 单 点 起 爆 ,在 t = 0. 000~ 3. 000μ s时 间 段 起 爆 点 起 爆 所 形 成 的 金 属 射 流 产 生 时 间 较 早 ( t = 1. 998μ s时 刻 ) ,且 头 部 结 点 速 度 已 有 较 大 的 变 化 , 在 这 个 时 间 段 内 的 射 流 速 度 梯 度 要 明 显 大 于 单 点 起 内 ,射 流 头 部 速 度 曲 线 中 出 现 了 一 段 平 直 线 ,并 没 有 产 生 金 属 射 流 ,也 没 有 速 度 梯 度 ;在 同 时 间 段 内 ,双   朱 万 刚 ,等 : 不 同 起 爆 点 聚 能 装 药 爆 破 射 流 的 数 值 模 拟 分 析 7 9 爆 所 形 成 射 流 的 速 度 梯 度 。 这 个 时 间 段 内 双 点 起 爆 形 成 射 流 头 部 速 度 有 减 小 趋 势 ;对 比 可 以 发 现 ,两 条 曲 线 整 体 线 型 比 较 相 似 ,但 在 t = 5. 000~ 10. 000μ s 这 个 时 间 段 内 ,单 起 爆 点 起 爆 的 速 度 曲 线 线 形 较 缓 , 结 点 速 度 变 化 也 较 小 ,双 起 爆 点 起 爆 的 曲 线 线 形 在 这 个 时 间 段 内 起 落 变 化 较 大 ,结 点 速 度 的 变 化 也 较 大 ;从 最 终 结 果 曲 线 发 现 ,尽 管 两 曲 线 在 初 期 有 所 不 同 ,但 在 t = 10. 000~ 16. 000μ s这 个 时 间 段 内 ,线 型 已 基 本 趋 于 相 同 ,最 终 的 结 点 速 度 也 相 同 。 的 不 同 ,且 双 点 对 称 起 爆 形 成 的 射 流 优 于 单 点 起 爆 形 成 的 射 流 ;金 属 射 流 形 成 的 后 期 ,两 射 流 的 形 态 、 长 度 和 头 部 速 度 则 趋 于 相 同 。 (2) 由 模 拟 结 果 可 知 ,在 工 程 实 践 当 中 ,当 单 起 爆 点 起 爆 不 能 满 足 特 殊 模 型 需 要 或 技 术 和 施 工 上 的 要 求 时 ,可 以 采 用 双 点 对 称 起 爆 方 式 进 行 施 工 ,可 获 得 基 本 相 同 的 聚 能 爆 破 效 果 。 (3) 尽 管 大 型 有 限 元 软 件 LS - DYNA 已 趋 于 成 熟 ,且 其 模 拟 结 果 也 有 很 高 的 可 靠 度 ,但 本 文 的 有 通 过 上 述 对 比 分 析 可 知 ,两 种 起 爆 方 式 ,最 终 所 形 成 金 属 射 流 的 基 本 参 数 趋 于 相 同 。 这 为 今 后 的 工 程 实 践 提 供 一 种 新 的 起 爆 思 路 ;同 时 也 为 实 际 工 程 项 目 中 起 爆 方 式 的 多 样 性 提 供 了 理 论 支 持 。 关 结 论 还 需 在 实 践 中 进 一 步 验 证 。 参 考 文 献 : [ 1 ] 时 尚 勇 ,李 裕 春 ,张 胜 民 . 基 于 ANSYS/LS - DYNA8. 1进 行 显 式 动 力 分 析 [M ]. 北 京 :清 华 大 学 出 版 社 , 2005. [ 2 ] L IVERMORE SOFTWARE TECHNOLOGY CORPORA ION. LS - DYNA KEYWORD USER’S MANUAL (Update) [M ]. Califor2 nia, 2004. [ 3 ] 刘 千 寿 ,白 春 华 ,李 建 平 . 线 型 聚 能 装 药 切 割 器 系 统 参 数 研 究 J ]. 工 程 爆 破 , 2004, 10 (4) : 13~ 16. 3   结 论 ( 1) 通 过 模 拟 发 现 ,由 于 起 爆 方 式 不 同 ,在 金 属 [ 射 流 形 成 初 期 其 形 态 、长 度 和 头 部 速 度 均 有 较 明 显   (上 接 第 57页 ) 控 服 务 器 (CORBA 的 客 户 端 ) ,计 算 机 B 上 运 行 的 操 作 系 统 为 W indows XP,用 于 充 当 某 煤 矿 的 生 产 安 全 监 控 服 务 器 (CORBA的 服 务 器 端 ) 。 其 ORB实 现 选 择 的 是 Inprise公 司 的 V isibroker for Java 4. 5。 利 用 一 个 程 序 模 拟 监 控 信 息 生 产 代 理 生 成 各 种 数 据 。 选 用 网 络 测 试 工 具 Sniffer pro5. 1进 行 测 试 。 监 控 信 息 生 产 代 理 随 机 生 成 100个 各 种 类 型 的 监 控 数 据 ,每 个 监 控 数 据 的 生 成 时 间 间 隔 为 10 s, CORBA事 件 服 务 在 收 到 监 控 信 息 后 ,将 数 据 推 给 监 控 信 息 订 阅 代 理 。 测 试 结 果 表 明 ,监 控 信 息 生 产 代 理 上 报 一 条 监 控 信 息 的 平 均 延 迟 时 间 为 0. 402 s,能 够 满 足 实 际 的 监 控 需 要 。 CORBA的 ProsyPushConsumer接 口 获 取 用 户 感 兴 趣 的 信 息 ,并 周 期 性 的 利 用 XML文 件 与 煤 矿 安 全 生 产 监 控 程 序 交 换 数 据 ,然 后 通 过 调 用 CORBA 事 件 服 务 的 push ( )方 法 将 数 据 推 给 mProxy。 mProxy通 过 查 询 本 地 数 据 库 ,将 数 据 推 给 订 阅 了 该 数 据 的 用 户 。 2 . 3系 统 特 点 与 传 统 的 联 网 系 统 相 比 ,本 联 网 方 案 优 势 明 显 。 1) 采 取 订 单 式 监 控 ,允 许 监 控 人 员 监 控 重 点 煤 矿 以 及 煤 矿 的 重 点 部 位 情 况 。 2) 系 统 负 载 轻 。 网 络 中 传 送 的 只 是 监 控 者 感 ( ( 兴 趣 的 数 据 ,监 控 服 务 器 也 只 需 存 储 最 近 1次 的 监 控 数 据 。 因 此 ,网 络 和 监 控 服 务 器 的 负 载 都 很 轻 。 4   结 束 语 ( 3) 对 煤 矿 历 史 信 息 浏 览 更 详 尽 。 由 于 煤 矿 的 煤 矿 安 全 生 产 监 控 是 减 少 煤 矿 事 故 发 生 的 重 要 历 史 数 据 都 存 储 在 自 己 的 服 务 器 上 ,监 控 者 能 够 调 手 段 。 通 过 将 监 控 软 件 进 行 联 网 ,可 以 有 效 的 监 控 各 煤 矿 安 全 生 产 的 情 况 ,真 正 发 挥 煤 矿 安 全 监 控 软 件 的 作 用 。 本 文 根 据 我 们 在 开 发 该 类 软 件 过 程 中 的 一 些 经 验 ,提 出 了 将 CORBA 技 术 运 用 到 煤 矿 生 产 安 全 监 控 联 网 中 的 新 思 路 ,对 其 工 作 机 制 进 行 了 探 阅 到 与 在 煤 矿 服 务 器 上 相 同 精 度 的 信 息 。 ( 4) 系 统 安 全 性 更 高 。 CORBA 封 装 了 系 统 通 信 的 安 全 ,不 必 担 心 会 话 的 有 效 性 和 数 据 的 真 实 性 。 3   性 能 测 试 讨 ,并 取 得 了 良 好 的 实 验 效 果 。 性 能 是 联 网 系 统 的 重 要 指 标 。 在 实 验 室 利 用 两 参 考 文 献 : 台 机 器 搭 建 了 一 个 基 于 CORBA 的 分 布 式 环 境 用 于 测 试 上 述 模 型 。 两 台 台 式 计 算 机 A 和 B, CPU均 为 Celeron (R) 2. 93G,内 存 1G,其 中 计 算 机 A 上 运 行 的 操 作 系 统 为 W indows2003 Server,用 于 充 当 联 网 监 [ 1 ] 宋 海 玉 ,王 鹏 杰 ,等 . 改 进 的 轻 型 CORBA 服 务 的 实 现 [ J ]. 计 算 机 工 程 与 设 计 , 2007, 28 (20). [ 2 ] 郑 先 容 ,陈 强 . CORBA构 件 模 型 的 通 告 服 务 集 成 研 究 与 实 现 [ J ]. 计 算 机 应 用 研 究 , 2005, (8).
  • 中矿传媒与您共建矿业文档分享平台下载改文章所需积分:  5
  • 现在注册会员立即赠送 10 积分


皖公网安备 34050402000107号