爆炸冲击波和爆生气体的动态作用演化机制的实验与数值分析

作     者：王雁冰 孔维文 左进京 李林青 吴宝杨 陶志刚 

作者机构：国家能源集团煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室 中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院 北京科技大学土木与资源工程学院 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2024年第49卷第S1期

页      面：248-260页

核心收录：

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

基　　金：煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室2021年开放基金资助项目(GJNY-21-41-06) 新疆自治区重点研发专项资助项目(2022B03028-3) 国家自然科学基金资助项目(52208384) 

主　　题：爆炸冲击波 爆生气体 高速纹影 动态演化 AUTODYN 

摘      要：在岩石爆破过程中，爆炸冲击波和爆生气体的波动机理尚不清楚。通过高速纹影系统和超压测试系统并结合AUTODYN数值模拟分析，对爆炸冲击波和爆生气体的波动机理开展研究。设计了不同炸药类型和装药结构下的5种药包，通过纹影照片直观地显示爆生产物的动态作用演化过程。对比分析5种情况下爆炸冲击波和爆生气体在流场中的波动变化，将数值模拟结果与纹影实验结果进行对比并反演了炸药内部爆轰波动过程。结果表明：爆炸冲击波与爆生气体一开始伴随扩展，并以起爆点为中心向外以球形传播。在传播过程中，爆炸冲击波与爆生气体逐渐分离，爆炸冲击波传播速度大于爆生气体的传播速度。在不同的装药结构情况下，爆炸冲击波和爆生气体的分离特征不同，分离的时间随药包外壳约束作用的增强而缩短。在不同的炸药类型情况下，爆炸冲击波和爆生气体的波动形态基本相同，但因炸药材料本身物理力学参数不同，所以爆炸冲击波和爆生气体传播过程中的速度和压力变化会有差异。当存在切口时，爆炸冲击波和爆生气体会优先从切口处向外传播，然后向其他方向进行绕流，切口方向的压力和速度都会变大，切口方向能量集中且管壁优先破坏，达到定向破坏的效果。数值模拟中爆炸冲击波和爆生气体的波动变化形态与纹影实验结果在形态上较为吻合。