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不同耦合介质下脆性材料断裂行为研究

工程爆破 2022年第5期28卷 44-51页

作者：廖崇超王雁冰中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083

为了分析不同耦合介质装药结构下脆性材料的爆破机理问题,通过实验室试验及数值模拟方法对水耦合装药和空气耦合装药爆破效果以及裂纹扩展机理进行研究。在实验中,试件材料采用透明均匀的PMMA(有机玻璃),炸药采用DDNP(二氮烷基苯酚),利... 详细信息

为了分析不同耦合介质装药结构下脆性材料的爆破机理问题,通过实验室试验及数值模拟方法对水耦合装药和空气耦合装药爆破效果以及裂纹扩展机理进行研究。在实验中,试件材料采用透明均匀的PMMA(有机玻璃),炸药采用DDNP(二氮烷基苯酚),利用高速摄像机观察压裂和裂纹传播过程,然后从定量和定性两方面对不同耦合介质装药爆破下裂纹传播行为进行分析。观察实验过程以及数值模拟软件LS-DYNA分析结果表明,可以得到空气耦合介质下,试件炮孔周边次生裂纹少,裂纹分叉现象较少,形成规则的贯通裂隙。相比于空气耦合,水耦合介质条件下,炮孔周围形成规则不一的裂纹,破碎区直径增大,横向裂纹增多,对孔壁产生的压力较均匀,破碎效果好。同时在数值模拟分析中得出不同耦合介质装药结构下脆性材料的爆破应力云图和v-m时程曲线图,得出水耦合装药爆破可以获得更高的孔壁初始压力,且对孔壁产生的压力较为均匀,爆破的破碎效果更好。

关键词：脆性材料 LS-DYNA 耦合介质 PMMA 裂纹扩展

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不耦合装药下岩石爆破块体尺寸的分布特征

爆炸与冲击 2024年第4期44卷 120-138页

作者：马泗洲刘科伟杨家彩李旭东中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083

通过不同装药结构下立方体红砂岩小型爆破实验,分析了岩石的损伤程度和破坏模式,同时引入三参数极值分布函数量化岩石爆破块体尺寸分布特征。此外,根据岩样R1的爆破实验结果进行了有限元数值模型验证,基于验证的模型展开了岩石单孔爆破... 详细信息

通过不同装药结构下立方体红砂岩小型爆破实验,分析了岩石的损伤程度和破坏模式,同时引入三参数极值分布函数量化岩石爆破块体尺寸分布特征。此外,根据岩样R1的爆破实验结果进行了有限元数值模型验证,基于验证的模型展开了岩石单孔爆破损伤破裂行为的模拟,讨论了径向、轴向不耦合系数和耦合介质对岩石破碎效果的影响。结果表明,三参数极值分布函数可以较好地表征岩石爆破后破碎块体尺寸分布特征,块体平均尺寸随着不耦合系数的减小呈线性降低趋势,且破碎块度趋于均匀。通过比较不同耦合介质装药时岩石内部的能量分布特征和破坏体积发现,水作为耦合介质时,爆炸能量的传递效率最高,其次分别是湿砂和干砂,空气的能量传递效率最低。结合等效波阻法计算的理论应力透射系数可以很好地反映不耦合装药时岩石的破碎程度。

关键词：不耦合装药耦合介质岩石块度爆炸能量应力透射系数

一种新型胶体耦合介质在材料弹性常数超声无损检测中的应用

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应用基础与工程科学学报 2016年第5期24卷 1046-1055页

作者：宋国荣徐煜阳刘宏实吕炎吴斌何存富北京工业大学机械工程及应用电子技术学院北京100124

基于声学显微镜的材料弹性常数超声无损检测方法,利用点或线聚焦探头对水浸试件经散焦测量,获取材料声学特性,进而反演材料力学性能.在工程应用中,常会遇到被测工件过大或试件材质不宜浸水等问题,难以进行散焦测量.新型胶体耦合介质具... 详细信息

基于声学显微镜的材料弹性常数超声无损检测方法,利用点或线聚焦探头对水浸试件经散焦测量,获取材料声学特性,进而反演材料力学性能.在工程应用中,常会遇到被测工件过大或试件材质不宜浸水等问题,难以进行散焦测量.新型胶体耦合介质具有制备简单、成本低、用后易清理、环保无污染等特点.胶体介质经多次不同配比试验,确定最佳配比,其介质密度、声速及声阻抗等声学性能与水近似,满足水浸探头的测试需要.利用该耦合介质对铝、钢和钛试件弹性常数进行超声无损检测,实验结果与水浸测量一致,与理论值及拉伸法测量结果吻合,将其应用于大型铝板弹性常数检测,测试结果也与理论值相符.研究表明新型胶体耦合介质超声检测效果满足聚焦探头散焦测试需要,扩大了基于声学显微镜的材料弹性常数超声无损检测范围,为工程应用提供了有效的技术手段.

关键词：超声检测弹性常数胶体耦合介质声学显微镜技术

基于炮孔不同耦合介质的孔壁爆炸载荷及比能时间函数分析

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振动与冲击 2011年第7期30卷 116-119页

作者：钟明寿龙源李兴华邵鲁中谢全民解放军理工大学工程兵工程学院南京210007

为从炮孔装药耦合介质的选取上改善爆破效果和控制爆破振动危害,应用爆炸力学的相关理论建立耦合装药、不同耦合介质(水、空气、泥土)装药条件下孔壁爆炸载荷和透射比能的计算方法,通过MATLAB编程计算得到岩石介质中炮孔孔壁爆炸载荷和... 详细信息

为从炮孔装药耦合介质的选取上改善爆破效果和控制爆破振动危害,应用爆炸力学的相关理论建立耦合装药、不同耦合介质(水、空气、泥土)装药条件下孔壁爆炸载荷和透射比能的计算方法,通过MATLAB编程计算得到岩石介质中炮孔孔壁爆炸载荷和透射比能的时间函数并作图比较分析。研究表明:耦合装药时,孔壁爆炸载荷的初始值最大,但是衰减也最快;水不耦合装药时,孔壁爆炸载荷的初始值次之,但衰减速度最慢,作用时间最长;水不耦合装药时,孔壁透射比能量最大,耦合装药时次之;空气和泥土不耦合装药孔壁爆炸载荷与透射比能均较小。因此水不耦合装药提高了能量利用率,更有利于改善爆破效果,但产生的爆破振动强度大、作用时间长,不利于爆破振动危害控制。

关键词：爆炸力学耦合介质爆炸载荷透射比能时间函数

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不同耦合介质爆破爆炸能量传递效率研究

爆炸与冲击 2021年第6期41卷 1-11页

作者：李桐陈明叶志伟卢文波魏东武汉大学水资源与水电工程科学国家重点试验室湖北武汉430072 武汉大学水工岩石力学教育部重点试验室湖北武汉430072

不耦合装药爆破可有效降低孔壁峰值压力,改善爆破效果。针对不同耦合介质爆破时爆炸能量的传递问题,考虑岩体应变率效应,理论分析了爆炸作用下岩体变形及破坏特征,得到不同耦合介质爆破时理论爆炸能量的传递效率,并结合数值模拟研究了... 详细信息

不耦合装药爆破可有效降低孔壁峰值压力,改善爆破效果。针对不同耦合介质爆破时爆炸能量的传递问题,考虑岩体应变率效应,理论分析了爆炸作用下岩体变形及破坏特征,得到不同耦合介质爆破时理论爆炸能量的传递效率,并结合数值模拟研究了岩体性质、炸药类别及不耦合装药系数对不同耦合介质爆破时爆炸能量传递效率差异的影响。研究结果表明,爆炸能量传递效率与耦合介质相关,装药结构相同时,水耦合爆破比空气耦合爆破爆炸能量传递效率高;不同耦合介质爆破爆炸能量传递效率的差异受爆破岩体、炸药性质及不耦合装药系数等因素影响;装药系数相同耦合介质不同的爆破,岩体强度越高,不同耦合介质爆炸能量传递效率差别越大;岩体性质相同时,不同耦合介质爆破间能量传递效率差异随不耦合装药系数的增大而增大,对于乳化炸药在粉砂岩中的爆破,不耦合装药系数由1.28增至3.44时,水耦合爆破传递入周围岩体的能量由空气耦合爆破的1.45倍增至6.52倍。研究结果可对优化爆破设计、改善爆炸能量分布提供参考。

关键词：不耦合装药耦合介质爆炸能量传递效率岩体

炮孔不同耦合介质对碳酸盐岩爆炸地震信号影响分析

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岩石力学与工程学报 2011年第4期30卷 702-708页

作者：钟明寿龙源谢全民马海洋李兴华解放军理工大学工程兵工程学院江苏南京210007

为选取最佳炮孔耦合介质以改善碳酸盐岩中地震勘探震源的激发效果,基于弹性波理论建立炮孔不同耦合介质(空气、水、黏土)孔壁爆炸载荷及透射波比能的计算方法,借助Matlab编程计算得到解析解,并绘制图形进行对比分析。在典型碳酸盐岩场... 详细信息

为选取最佳炮孔耦合介质以改善碳酸盐岩中地震勘探震源的激发效果,基于弹性波理论建立炮孔不同耦合介质(空气、水、黏土)孔壁爆炸载荷及透射波比能的计算方法,借助Matlab编程计算得到解析解,并绘制图形进行对比分析。在典型碳酸盐岩场地进行炮孔不同耦合介质的地震波激发试验,应用基于功率谱的能量分析方法对试验数据进行分析。理论计算和现场试验研究均表明:水不耦合装药时,采集的地震波信号能量最强,信号频率最高、信噪比最低;空气不耦合装药时,采集的地震波信号能量次之,信号频率最低、信噪比最高。因此,实际碳酸盐岩储层中,应采用空气不耦合装药的结构形式,并加大炮孔装药量以弥补地震波信号能量,从而改善地震勘探激发效果。

关键词：爆炸力学耦合介质地震波能量爆炸载荷碳酸盐岩信噪比

耦合介质对炸药震源爆炸地震波能量和主频影响规律试验研究

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兵工学报 2014年第S2期35卷 115-121页

作者：牟杰王仲琦于成龙北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081

耦合介质对炸药震源激发的爆炸地震波的能量与频率特征有较大影响。为提高地震勘探中炸药震源激发地震波的品质,选取了空气、水、细沙和岩土4种介质作为耦合介质,进行了土中爆炸试验来对比分析耦合介质对地震波特征的影响规律。利用快... 详细信息

耦合介质对炸药震源激发的爆炸地震波的能量与频率特征有较大影响。为提高地震勘探中炸药震源激发地震波的品质,选取了空气、水、细沙和岩土4种介质作为耦合介质,进行了土中爆炸试验来对比分析耦合介质对地震波特征的影响规律。利用快速傅里叶变换(FFT)将频率分为不同的频率带,对距炸药震源5~65 m内收集到的地面震动信号进行分析。试验结果表明:以水为耦合介质的炸药震源产生的地震波能量相对要高,尤其在25~100 Hz内,能量对比差别更加明显;以空气为耦合介质的炸药震源次之;以水为耦合介质炸药震源主频最高,随传播距离衰减速度较慢;岩土全耦合炸药震源在25 m范围内主频较高,但衰减速度最快,随着传播距离下降较快。综上,以水为耦合介质与其他相介质对比可产生较高能量和主频,更加符合地震勘探要求。

关键词：爆炸力学耦合介质频率带能量地震波品质土中爆炸地震波

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一种新型超声检测耦合介质的研究与开发

一种新型超声检测耦合介质的研究与开发

作者：王婷璐大连理工大学

学位级别：硕士

目前超声检测在无损检测领域及医学领域具有很重要的地位。自动检测过程中,耦合介质能够为超声波探头和被检材料间提供必要的联系通道。超声检测中多使用水作为一次性耦合介质,利用水浸式方法进行检测。水较甘油等耦合介质更方便清理,... 详细信息

目前超声检测在无损检测领域及医学领域具有很重要的地位。自动检测过程中,耦合介质能够为超声波探头和被检材料间提供必要的联系通道。超声检测中多使用水作为一次性耦合介质,利用水浸式方法进行检测。水较甘油等耦合介质更方便清理,同时成本相对较低。但在检测过程中,水流失严重,造成了极大的资源浪费;检测有保温层的管道时,很难将保温层中的水处理干净,给检测工作带来极大的麻烦。本课题就是在这样的应用背景下提出的。目的是研制出声阻抗和声衰减系数与水接近,并能在实际检测中代替水的胶体状态耦合介质,有一定的渗水性能和强度。同时可以根据检测对象来调整耦合介质的声阻抗,使超声波能够在二者界面大量的透射过去。这样既做到了节约资源,环保检测,也较好的保护了有保温层的管道,实现实验目标。本实验中,选取卡拉胶和琼脂两种高分子材料,与水按一定比例混合,分别配置不同浓度的水溶液。通过溶解、加热以及冷却等过程,形成胶体状态耦合介质凝胶。利用超声检测系统测量耦合介质的声速和声衰减系数等声学特性,并与水对比。使用不同频率探头分别进行实验,验证探头频率对耦合介质声学特性的影响。同时通过监测耦合介质声学特性的变化进而测量其失水速率和使用寿命。最后,在实践中利用试块检测其应用性能。实验结果表明,以卡拉胶和琼脂为主要成分配制的耦合介质实验效果比较理想,声速1420-1470m/s,声衰减系数0.1-0.23dB/mm,与水接近,且具有一定形状保持能力和渗水性能;声速随着耦合介质浓度的增加而增大,声衰减系数随着耦合介质浓度的增加而减小;探头频率对声学特性影响不大;失水速率随着时间的增大而增大,具有时效性。用标准试块进行测试,声压反射系数与水接近,与水混合使用没有界面回波,两种材料的耦合介质能够满足实验要求。

关键词：超声检测耦合介质高分子水凝胶声学特性

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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水介质预裂爆破顶板裂纹的扩展

工程爆破 2023年第6期29卷 100-109页

作者：孙得志郭俊庆杨永康赵国飞谢二伟宋选民刘亚龙太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室太原030024 山西能源学院太原030600 延长油田股份有限公司陕西榆林718600

针对坚硬顶板空气为不耦合介质,外加控制孔后爆破孔间裂纹扩展不佳的问题,以山西永宁煤矿10204沿空留巷工程为工程背景,使用LS-DYNA动力有限元模拟软件,研究外加控制孔后水为不耦合介质时水环半径、控制孔直径、不耦合系数、孔间距对孔... 详细信息

针对坚硬顶板空气为不耦合介质,外加控制孔后爆破孔间裂纹扩展不佳的问题,以山西永宁煤矿10204沿空留巷工程为工程背景,使用LS-DYNA动力有限元模拟软件,研究外加控制孔后水为不耦合介质时水环半径、控制孔直径、不耦合系数、孔间距对孔间裂纹扩展及孔间测点峰值有效应力的影响规律,并进行了现场验证。研究结果表明:水与空气半径比值从0增加到1时,孔间贯通裂纹数量增多,由1增加到无穷时,孔间裂纹的贯通数量没有明显的提高;控制孔直径由45 mm增加到65 mm时,孔间贯通裂纹数量增多,控制孔直径65 mm增加到75 mm时孔间贯通裂纹数量增加不明显;不耦合系数为水时都在不耦合系数为2.0时最佳,相对于不耦合系数为1.51、2.0、2.3时峰值有效应力高出15%、19%、24%左右;随着炮孔间距增大裂纹数量呈现先增大后减小的趋势,间距700 mm时孔间裂纹扩展效果最佳,间距超过1000 mm后孔间裂纹数量明显减小仅有一条主裂纹贯通。

关键词：耦合介质裂纹扩展控制孔直径不耦合系数孔间距