岩石定向爆破数值模拟及装药优化

摘要

基于爆炸力学理论，结合刻槽控制爆破和聚能药卷爆破技术特点，对岩石爆破装药结构做出改进。采用钢质聚能挡板引导爆破能量传播，灵活控制断裂方向和岩石裂纹分岔，提高岩石切割平整度，以提高爆破质量。
　　从爆炸理论出发，建立针对岩石爆破的控制方程组，通过对质量、动量、能量守恒方程的离散推导出压力修正方程，利用双线迭代方法对该方程进行求解，得到爆炸流场各节点的压力、速度、温度、密度等参数表达式，为理论分析爆破相关问题和编制爆破计算程序提供了理论依据。
　　为了提高岩石爆破效果，提出了聚能爆破方案，从聚能挡板形状、聚能挡板夹角、装药不耦合系数和介质四个方面对装药进行了优化，并借助ANSYS/LS-DYNA程序对岩石爆破过程仿真。结果得出:当药柱直径为1cm，装药不耦合系数为4，介质为空气时，采用菱形聚能挡板时，岩石断裂效果最佳，裂纹分岔得到有效控制。与双圆孔爆破相比，装药量少，贯通效果好，裂纹分岔少。与双圆孔爆破相比，在有效控制岩石裂缝分岔程度的同时，能够灵活控制岩石断裂方向，有望满足特殊切割的要求。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究的目的和意义

1．2 岩石爆破载荷的作用机理

1．2．1 爆轰气体膨胀压力破坏理论

1．2．2 应力波反射破坏理论

1．2．3 爆轰气体静压力和冲击波共同作用理论

1．3 岩石定向爆破的国内外现状

1．3．1 爆炸与冲击问题的模拟

1．3．2 岩石本构的发展

1．3．3 控制爆破

1．4 本文的研究内容

第2章 爆炸流场压力方程的求解

2．1 控制方程的离散化

2．1．1 控制方程组

2．1．2 控制容积积分与交错网格技术

2．2 代数方程组的求解

2．2．1 迭代计算流程

2．2．2 迭代收敛条件

2．2．3 迭代算法

2．3 边界条件

2．3．1 计算区域边界节点的计算

2．3．2 耦合界面

2．4 本章小结

第3章 构建模型

3．1 建模基础

3．1．1 算法简介

3．1．2 材料模型与状态方程

3．1．3 裂纹扩展的模拟与强度失效准则

3．1．4 碰撞与侵彻

3．1．5 人工体积黏性

3．1．6 边界条件

3．1．7 单位制

3．2 模型的建立

3．3 模型网格的划分

3．3 本章小结

第4章 装药结构优化的模拟仿真

4．1 聚能挡板形状

4．1．1 凹透镜形聚能挡板

4．1．2 切缝套筒形聚能爆破模型

4．1．3 菱形聚能爆破模型

4．2 聚能挡板夹角

4．2．1 挡板夹角为30°对爆破效果的影响

4．2．2 挡板夹角为36°对爆破效果的影响

4．2．3 挡板夹角为50°对爆破效果的影响

4．2．4 挡板夹角为60°对爆破效果的影响

4．2．5 挡板夹角为90°对爆破效果的影响

4．3 装药不耦合系数

4．4 爆破介质

4．5 双孔爆破模型

4．6 聚能效果评价

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果

致谢