基于DIC的露天矿山微差爆破模型试验及数值模拟

随着电子雷管在露天矿山台阶爆破中的全面使用,微差爆破技术得到进一步发展,如何通过调整孔间延时提高炮孔之间相互作用力,成为矿山爆破技术的研究重点。基于混凝土模型模拟露天矿山微差爆破,建立高速摄影技术与数字图像相关(DIC)试验系统,基于全场微应变、高速摄影技术和数值模拟对不同孔间延时条件下的炮孔间裂纹发展过程进行了研究。结果表明:爆炸载荷下模型表面裂纹附近的应变持续时间约为3 ms,孔间延时为3 ms时下一个炮孔起爆能够提高炮孔之间的相互作用力;通过数值模拟展示了测点的压力分布特征,在孔间延时为3 ms时测点压力最大,验证了模型试验的准确性;利用MATLAB对数值模拟结果分析发现,孔间延时为3 ms时其破碎程度最佳,与模型试验结果具有较好的一致性;使用高速摄影技术结合DIC方法为研究炮孔之间的相互作用力及裂纹扩展提供了新思路。

铁路隧道爆破对临近特高压铁塔的振动影响研究

为研究隧道爆破开挖对临近既有特高压铁塔的影响,本文采用现场试验和数值模拟相结合的方法,对铁塔塔基的振动速度进行研究,并且详细讨论了爆心距与振动速度峰值的关系。通过数据拟合,得出本工程条件下隧道爆破质点的振动传播规律及衰减公式。结果表明:塔基的振动速度峰值随爆源与塔基距离的接近而增大,在爆心距为0 m时出现最大振速;竖直方向的振速普遍高于水平方向的振速;三座铁塔最大轴应力均出现在塔基处,最大轴应力随铁塔高度的增加而逐渐减小。数值模拟结果与现场试验结果相近,研究可为实际工程提供参考依据。

钢轨交流闪光焊液桥爆破演化行为

钢轨闪光焊接过程中焊件的加热、端面的保护、氧化物及污物的清除等都是由液桥的形成和爆破过程完成的.该文分析液桥在焊接过程中的演化行为,对于理解钢轨闪光焊接过程,深入研究焊接加热与保护机理有重要作用.通过特殊设计的钢轨接头和常规钢轨接头的闪光焊接试验,利用高速摄影采集钢轨交流闪光焊的液桥形成与爆破过程图像,并对图形进行计算与分析.结果表明,液桥的形成和爆破时间处于毫秒级范围,产生大量有利于端面保护和液桥爆破的高压金属蒸气,爆破后的高温金属射流速度超过90 m/s;液桥在形成长大过程中在钢轨端面上动态移动,影响钢轨端面均匀加热;液桥爆破并不是在液桥初始形成的位置;焊接过程中熔体会出现“二次爆破”现象;不仅动端钢轨的送进能够形成液桥,端面熔融金属层的震荡也有利于形成液桥.

大断面超浅埋偏压高速铁路隧道爆破振动效应及仿真分析

为研究大断面超浅埋偏压段隧道爆破施工所产生的地表振动效应,提高隧道爆破施工的安全性,结合某高速铁路隧道工程,利用Midas GTS软件仿真分析超浅埋偏压隧道在爆破荷载作用下的振动效应。结果表明:隧道爆破成洞区在16m范围内存在空洞效应,超出此范围该效应将消失;成洞区至离爆源6m的未开挖区范围内存在浅埋侧振速大于深埋侧振速现象;浅埋侧T_(2)方向峰值到达时间较深埋侧更快,而T_(1)方向相反;浅埋侧T_(2)方向速度初始峰值大于第二峰值,随着埋深的增加,初始峰值会小于第二峰值。

抛丸工艺对60Si2Mn热轧弹簧钢表面残余应力的影响

采用不同抛丸时间、抛丸电流的抛丸工艺对高速铁路扣件用弹条原材料(60Si2Mn热轧弹簧钢)进行抛丸,弹丸为粒径0.6~0.7 mm的S230铸钢丸,并通过X射线应力测定仪测量60Si2Mn热轧弹簧钢表面残余应力。结果表明:经不同抛丸工艺处理后,热轧弹簧钢表面残余应力均为压应力;在抛丸电流相同抛丸时间减小、抛丸时间相同抛丸电流减小两种情况下,残余应力场特征参数(最大残余应力、最大残余应力对应的深度和残余应力影响深度)和半高宽(层深相同时)均减小,抛丸效果变差;抛丸覆盖率100%、抛丸时间16 s、抛丸电流50 A时,残余应力场特征参数和半高宽最大,抛丸效果最好。

不同品位石墨矿岩冲击破坏模式与能耗特性研究

爆破作用下,不同品位石墨矿存在破碎块度离散大和能量利用低的难题。利用ϕ50 mm的SHPB试验装置开展了不同应变率作用下5种品位石墨矿岩试样的动态压缩试验,并结合高速摄影和微观结构来分析不同品位石墨矿岩的冲击破坏模式与能量耗散特性。研究表明:随着品位的增加,石墨矿岩试样的破坏模式从张拉破坏转变为张拉—剪切破坏;石墨矿岩的能耗特性具有很明显的应变率效应,入射能随着应变率增加呈指数增长,吸收能呈线性增长趋势;品位高低对能量吸收率也有较大影响,不同品位石墨矿的能量吸收率随着应变率的变化特征具有明显差异;石墨试样的平均破碎尺寸与吸收能存在较好的对应关系,石墨品位为18.97%时,其平均破碎尺寸最小。通过显微镜观察破碎试样的微观结构,发现石墨片状结构会在矿岩内部产生结构界面,降低矿岩强度。

高速铁路钻爆法隧道分序支护设计技术研究

为进一步提升隧道智能建造水平,加快施工进度,以量化设计为前提,全过程质量控制标准为基础,提出隧道支护分序技术。以宜兴高铁隧道智能建造试验段为对象,对不同围岩的分序支护设计方案、施工期的安全性、进度提升效果等进行研究,得出以下结论:1)在保证支护结构强度增长速度不低于围岩压力增长速度时,初期支护分序施工是可行的,可以保证施工安全。2)一序初期支护应充分发挥围岩的自承载作用,同时满足围岩压力增长和支护强度匹配要求,补强初期支护滞后距离在满足多工序作业循环所需施工设备排布空间要求的同时,尽可能缩短布置长度,以利于发挥初期支护的早承载功能。3)分序支护建立在量化设计和精细化施工基础上,因此需要严格控制隧道施工质量和支护时机。4)以宜兴铁路350km/h单洞双线隧道智能化工区试验段为例,Ⅲa衬砌A型分序、B型分序,Ⅳa衬砌C型分序方案对应的施工进度可分别提高46.5%、14.7%、9.36%。

钢筋混凝土水塔垂直原地爆破拆除试验研究

为解决受限空间下高耸钢筋混凝土水塔爆破拆除难题,研发了高耸构筑物垂直原地爆破拆除技术。采用高速摄影观测、振动监测手段和数值仿真方法,对水塔垂直原地坍塌冲击破坏机理、垮塌运动过程和触地振动效应进行了全面分析。研究发现:高耸水塔垂直原地爆破拆除的坍塌过程近似自由落体运动,回归分析得到水塔向下塌落的加速度约为9.4 m/s^(2),略小于重力加速度;采用“分离式”有限元模型,可以近似还原水塔的塌落运动过程,并精确捕捉每段筒体的冲击碰撞时刻;159号混凝土材料模型,可以很好地模拟水塔筒体塌落冲击破坏过程;水塔筒体冲击破坏过程复杂,总体呈现多次冲击累积损伤破坏过程;振动主振频带主要集中在5~60 Hz,振动信号的高频部分衰减迅速,能量主要集中在低频部分,并且振动信号的总能量随着距离的增加而显著减小。试验表明:通过筒体分段依次垂直原地塌落触地,并同步开展顶部水箱水压爆破,不仅可以控制高耸水塔的塌落堆积范围,而且可以减小触地振动效应并控制爆破粉尘危害。

单向围压下切槽爆破裂纹扩展规律研究

深部煤矿爆破是初始地应力场与爆炸荷载共同作用的结果,采用单向动-静组合加载试验平台和动态焦散线试验系统,在有机玻璃板上施加与炮孔切槽平行或垂直的单向围压作用,探究了初始应力场强度对爆生裂纹的扩展规律。结果表明:炮孔切槽能够有效控制初始应力场的分布范围,促进能量集中释放,提高定向爆破效果,同时爆炸动载荷与围压静载荷分别在炮孔近区和远区占主导作用;水平初始应力场增强了切槽尖端应力集中程度,促进了主裂纹的扩展,且随着应力场增强,促进效果越明显,同时抑制了次裂纹的产生;竖直初始应力场降低了切槽尖端的应力集中程度,抑制了裂纹扩展,并使裂纹扩展模式由Ⅰ型转变为Ⅰ-Ⅱ复合型,且随着应力场的增强,剪切断裂越明显,且裂纹沿最大主应力方向扩展。

台阶爆破模型试验下破碎岩石抛掷速度规律分析

为了研究台阶爆破破碎岩石抛掷速度的主要影响因素与变化规律,采用量纲分析法确定破碎岩石抛掷速度的主要影响因素,并借助高速摄影系统与台阶爆破模型试验研究不同影响因素下破碎岩石抛掷速度的变化规律.结果表明:破碎岩石抛掷速度的主要影响因素为炸药单耗、最小抵抗线与炸药量的关系(W^(3)/Q)和不耦合系数,抛掷速度对炸药单耗最为敏感,W^(3)/Q与不耦合系数次之;高速摄影图像显示,当爆破作用时间为0.5 ms时,台阶自由面岩石出现位移,当爆破作用时间为2.0 ms时,在爆炸应力波作用下,台阶自由面出现裂缝,破碎岩石的运动形态可分为鼓包运动阶段与抛掷运动阶段,二者之间存在明显的过渡阶段;炸药单耗、W^(3)/Q、不耦合系数与抛掷速度间存在明显的非线性关系,抛掷速度随炸药单耗的增加呈指数函数递增,且存在临界炸药单耗使破碎岩石的抛掷速度出现激增,抛掷速度随W^(3)/Q、不耦合系数的增大呈幂函数递减.

高炉风机用大功率、高转速、无刷励磁同步电动机的设计

对高炉风机用大功率、高转速、无刷励磁同步电动机的结构设计进行了介绍,主要介绍了定子、转子及其他核心部件结构,并对定子固有频率、转子临界转速及电机的通风与温升进行了计算分析。通过自主研究及创新,设计人员熟悉并掌握了此类电机的设计和分析技术,为同类型电机的设计提供了一些有益的参考。

喷射式风沙风洞及列车格栅防风沙试验研究

针对现有漏沙式风沙风洞和扬沙式风沙风洞的沙尘浓度在高度方向上不均匀的问题,设计一种喷射式风沙风洞试验装置,即采用喷砂机将沙尘均匀地喷射到风洞试验段,通过调节喷砂机压力来控制沙尘浓度.测试了不同风沙风洞试验段风沙浓度随高度的变化规律,结果表明,格栅不同高度的风沙浓度差异不超过10%,这说明喷射式风沙风洞在不同高度下能形成均匀的风沙面.将喷射式风沙风洞用于某列车格栅过滤效率测试,研究了格栅过滤效率随风速和风沙浓度的变化规律,结果表明,风速为6~12 m/s时,格栅过滤效率随风速和风速浓度的增加而增加.

爆破作用下岩体层间充填土运动的高速摄影试验

在爆破作用下岩体层间充填土运动的高速摄影观测试验中,巧妙利用有机玻璃的变形反光表征了充填土的运动,并利用有机玻璃和钢板的共同约束解决了层间充填土侧冲问题,提出了适合该类型试验高速摄影的拍摄频率、拍摄距离和拍摄面的约束方法。通过拍摄实例,直观地再现了岩体层间充填土运动过程,为研究爆破作用下岩体内层间充填土运动规律以及根据爆破条件和岩体条件确定层裂区的发展速度及层裂范围提供了有效的试验方法。

切缝药包定向控制爆破的试验研究

采用高速纹影试验系统和岩体损伤测试技术,对切缝药包爆炸波与爆生气体的传播机制进行探讨研究,同时对不同药量下切缝药包对岩体的损伤范围进行测定。试验结果表明:对切缝药包爆炸冲击波与爆生气体进行跟踪拍摄,实现了对两者作用的分离研究,两者从扩展形态上保持着高度对称状态;爆炸冲击波优先沿切缝方向传播,形成的"导流"效应优先作用于炮孔孔壁,产生初始损伤区,其它方向的冲击波是切缝方向冲击波绕流扩展所致;爆生气体首先从切缝处扩展,并且主要沿切缝方向呈"一"字型扩展,以准静态压力作用于岩体,促进累积损伤区继续发展,形成沿切缝方向的"射流"效应,推动裂纹持续扩展;切缝方向岩体损伤值大于垂直切缝方向,增大药量对切缝方向岩体的损伤程度影响较大。

切缝药包爆炸波传播机制实验研究

为了探究切缝药包爆炸波动机理,运用高速激光纹影仪进行了切缝药包的爆炸波动实验研究,通过纹影照片直观地显示了切缝药包爆炸后外部爆炸波动流场的变化。通过对2种装药结构的切缝药包的爆轰波动传播过程的分析,双缝/耦合的切缝药包切缝方向的爆炸波阵面速度比切缝内不耦合药包的速度要大。纹影照片时序图显示了药包垂直切缝方向和两端部的爆炸波的传播是切缝方向爆炸波动绕流形成的。整个传播过程爆炸波形态分布丰富,从哑铃形演变为爆生气体孪生态。切缝药包爆轰波动数值模拟结果和纹影实验结果在形态上基本一致。

高台阶爆破过程的高速摄影观测

应用高速摄影法，分析了１８ｍ高台阶深孔爆破过程中矿岩的运动参数和超前压缩填塞的可行性，给出了描述矿岩运动参数的经验表达式及其控制条件。在此基础上，评价了１８ｍ高台阶爆破效果。

冲击波和高速破片联合作用下固支方板毁伤效应数值模拟

为探讨固支方形钢板结构在空爆冲击波和高速破片联合作用下的动态响应过程及变形破坏模式,利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,开展了空爆冲击波和高速破片对固支方板的联合作用数值模拟计算,阐述了固支方板在联合载荷作用下动态响应过程的2个阶段,以及在不同爆距下的变形破坏模式和特点。结果表明,随着爆距增加,在破片密集作用区内,钢板的破坏模式存在从集团冲塞破口到部分穿孔边界撕裂联通,再到无穿孔边界撕裂现象的转换。

爆破振动对既有高铁隧道衬砌安全的影响分析

在救援通道爆破掘进施工中,为了确保邻近金山顶隧道的安全,运用现场测试技术与数值法探讨了爆破振动对邻近高铁隧道衬砌结构的振动影响。其中数值分析表明既有隧道迎爆侧受水平应力波为主,径向振速明显大于垂向振速;迎爆侧从拱顶至墙脚,径向振速先增后减,墙腰处最大,拱脚处次之,墙脚处径向振速大于拱顶处;垂向振速呈现先减小后增大趋势,拱顶处最大;既有隧道衬砌墙腰处受拉应力最大,易出现拉伸破坏。最后基于动力弹性理论,依据现场测试数据振速和混凝土动应变的关系,通过线性拟合确定了爆破施工过程中隧道衬砌安全条件下爆破振动速度不大于6 cm/s。

密闭舱室内冲击波作用下胸部动态响应规律的研究

目的探讨密闭舱室内大鼠胸部对不同大小爆炸冲击波的动力学响应过程,分析胸壁的粘弹性运动过程及其与伤情间的关系。方法在密闭舱室内用不同当量的点爆源爆炸对大鼠致伤,采用REDLAKE-HE高速摄影机观察胸壁的运动情况,记录冲击波超压,分析大鼠损伤的伤情。结果胸部变形量、胸壁向内最大速度与损伤严重程度指数ASⅡ有一定的相关性(r=0.96778,P=0.03222;r=0.96881,P=0.03119)。胸壁运动对内部器官造成损伤机制主要是粘性损伤机制。结论胸壁的变形运动过程是造成胸部损伤的关键因素之一。密闭舱室内胸壁向内最大速度与损伤严重程度指数ASⅡ有较好的相关关系,是预测冲击伤伤情的可靠参数。

多孔台阶爆破破裂过程的模型试验研究

应用高速摄影仪和超动态应变仪研究模拟台阶爆破的水泥砂浆模型破裂过程,解决了三维模型爆破试验中装药结构、可靠起爆和同步实现等一系列技术问题.研究了水泥砂浆台阶爆破裂纹的起裂、扩展、分叉、止裂.实验发现,裂纹扩展速度一般为400～600 m/s;密集系数m影响台阶爆破炮孔间裂纹贯通时间,并随m增大而推迟,应变波持续作用时间和最大拉应变峰值随m增大,说明较大m提高了炸药能量利用率,使爆破微裂纹充分发育,爆破破碎块度合理.