机械传感器测量炸药近爆区爆炸破坏作用实验研究.pdf

第 “卷第期 年 月 爆破 “ * / *’ * , - 3 * 4 “ 7 , ’ 6 7 8 9 7 , , 9 7 8 ’ A - , . 2 H , I 9 - , 9 7 ’ K - , I - ’ 7 - , A ’ I 7 , L A ’ 9 E ,M I E , , 7 , 8 N I - , K , 7 9 N O N H , K N ’ P , - H I 7 9 Q - I , 7 ’ ’ P , I 9 7 8 , L A ’ 9 E , K I P I 8 , 9 7 H , 7 , I 9 , K 2 H , , H ’ M H I H , , 7 ’ - I 7P , I , , L A ’ 9 E , O , I R 9 7 8 , 7 8 H , 9 - 9 , 7 N；P ’ , ’ E , ， H , , 7 ’ - I 7 O , , 8 I K , K I I 7 , L A ’ Q I 9 ’ 7 9 7 H ,7 , I 9 , K 5 H , I P , 9 P ,，P , - H I 7 9 - I , 7 ’ 9 - ’ P A I , KM 9 H I A 9 , S ’ , , - 9 - 9 N , 7 ’ ，I 7 K H , , Q H , 9 , K，M H 9 - H H ’ M H I P , - H I 7 9 - I , 7 9 K , A ’ J , - 9 7A I - 9 - , B * CD 0 - P , - H I 7 9 - I , 7 ’ ；7 , I 9 , K；O , I R 9 7 8 , 7 8 H 引言 根据某些理论模型或数值计算可给出标准装药 和大气条件下超压曲线， 目前对于近爆区爆炸破坏 作用研究较少， 测量也比较困难。 在距爆心的最近距离内装药爆炸对周围介质的 机械作用， 主要是爆炸产物的作用， 这是接触爆炸所 研究的范围； 在近距离内则是爆炸产物和空气冲击 波的共同作用； 在较远距离上是空气冲击波的单独 作用。 爆炸波对目标的破坏作用一般由3个特征数 收稿日期 . / . 0 作者简介 王飞 （ “ 0 / .） ， 男； 南京 解放军理工大学工程 兵工程学院博士研究生T 来度量 波阵面上的压强、 正压作用时间、 单位面积 冲量。这三个量的大小直接表示空气冲击波作用的 强弱。为了有效测量炸药近爆区的破坏强度， 研制 了机械传感器， 用以指导工程实践。 机械传感器 机械传感器的原理 如图中所示， 钢球在爆炸波作用下， 将侵彻纯 铝试样。如果侵入铝块距离为7， 那么钢球冲头克 服的阻力是从到8， 8为铝块阻碍冲头侵彻的抗 力， 铝块的布氏硬度为9 8／ （ 7 ;） 。则 8 ; 7 9 ; 9 （ ;; “ ） （ ） 式中 ;为钢球半径；为压痕直径， 式 （） 从理论 上给出了铝块上的压痕直径与压力的关系。 万方数据 “ 能量破坏模型及假设 假设 （）爆炸作用是瞬间发生的； （）作用于机械传感器上的载荷是突加的， 且 载荷的大小在极短时间之内不变； （）机械传感器的爆炸冲量全部变成铝块变形 的能量； （）爆炸载荷 （冲量） 沿机械传感器的表面是均 布的。 根据不可压缩流体伯努利方程知（ ／ “ ） 为常数， 其中为爆轰产物密度；为爆轰产 物流动速度。 其中 ／ 称为气流的动压，为静压。在爆 炸载荷的作用下， 由爆轰产物速度所引起的动压是 必须考虑的。假设炸药能量没有损耗， 则 ／ “ ／ 压痕直径 ／ 压痕表面平均应力 ／8 9 “ 3 0 “ 3 “ 0 7 “ 17 7 “ 0 0 “ “ 0 “ 2 “ “ 3 “ 3 “ 3 “ 0 2 “ “ 2 “ 1 7 “ 2 “ 0 “ 7 “ 2 “ 0 1 “ 3 “ “ 3 “ 0 3 “ 1 “ “ 7 “ 1 2 “ 1 “ “ 0 1 3 “ 7 7 “ 1 “ 2 “ 3 1 3 7 “ 2 1 “ 7 “ 2 “ 2 1 “ 0 3 “ 7 “ 2 “ 2 7 “ 0 0 “ 2 “ 0 “ 1 31 2 3 “ “ 30 “ “ 0 70 “ “ 70 “ 3 “ 1 37 “ 0 2 “ 1 “ 2 “ 32 “ 2 0 “ “ 3 “ 1 0 “ 0 “ 7 1 “ 3 “ 0 3 0 注 在液压机上对机械传感器施加载荷时， 一达到所需 值即卸载。 图压痕直径与载荷关系 “ 冲击载荷下的工作特性 机械传感器静标定是静力作用下’与的关 系， 不能反映冲击载荷对试块的作用。为了解冲击 载荷作用下机械传感器的工作特性， 做了落锤试验， 得到能量与压痕之间的关系， 如图所示， 其中细折 线为原始数据曲线， 粗实线为拟合数据曲线。 图压痕直径与能量关系 高斯拟合的压痕直径与能量之间的关系为 2 爆破 年 月 万方数据 “ “ ’／“ * ［“（ ’ ） “］ （） 由图,可以看出， 随着作用能量的增大， 机械传 感器的试块被冲击形成的压痕直径将加大。 实验结果及分析 利用标准- . -球形装药对机械传感器进行大 量的试验， 并与压电传感器进行对照， 部分数据如表 “。 对试验数据进行统计分析发现 （） 在比例距离为 / 时， 机械传感器所测得的 压力与计算超压以及压电传感器所测得的压力三者 吻合较好， 可以认为机械传感器的变形主要受压力 的影响， 但越靠近爆心， 三者数值相差越大， 机械传 感器测得的压力远大于计算超压， 说明前者测量的 数据包括了动压 （动能） 作用， 由此可见在近爆区内 机械传感器的铝块试样变形与超压所对应的映射关 系是一种复杂的函数关系。 （“） 在比例距离相同时， 传统计算公式认为爆炸 波所产生的压力相同， 在此假设下的机械传感器所 测得的压力也应相同， 但随着装药量的增加， 铝块上 的压痕直径也随之增大。装药量的增加， 意味着炸 药能量的增加和炸药对外做功能力的增强， 这说明 铝块上的压痕直径与炸药能量有着直接的关系。 （,） 机械传感器落锤实验表明， 在冲击载荷作用 下产生的压痕直径与能量存在着对应关系， 考虑到 爆炸荷载为冲击荷载， 由此对机械传感器在爆炸荷 载作用下所产生的压痕直径与爆炸能量之间的关系 进行进一步试验， 得出压痕直径与爆炸波能量面密 度之间的关系， 其中能量面密度是根据爆炸波能量 全部分布在波阵面这一假设求得， 如图所示。 表“机械传感器爆炸载荷作用标定试验数值表 试验 次数 装药量 ／ 0 比例 距离 压痕直径 ／1 1 计算峰值超压 ／ ’ 2 3 压电传感器测量压力 ／ ’ 2 3 机械传感器测量压力 ／ ’ 2 3 爆炸能量面密度 ／ 4 1 15 “ ’ / / ’ / 5 / / 6 “’ / / ’ / 5 / / 6 ,’ / / ’ / 5 / / 6 , / / 6 ’ / , , 6 / / / 6 6 ’, / “ / / , ’ / / / 6 6 , / “ / / , / 6 6 / “ / 6 6 , / , ’, / / , “ / 6 / / “ 6 6 , / , , / 6 / 5 ’ ’ / ’ / ’ ’ 6, / “ ’ / / 5 / ’, / 6 ’ , / ’ / “ / ’5 / “ / , “ , / / ’ / 5 / ’ / “ ’ ’ 图压痕直径与爆炸波能量面密度关系 高斯拟合的压痕直径与能量面密度之间的关系为 ““ “ “ , ／“ * ［“（“ , ） “］ （’） 式中 “ 为能量面密度。 对上述公式进行试验验证， 结果如表,所示， 其中理论当量能量面密度是测点的波阵面能量面密 度， 拟合当量能量面密度是根据压痕直径代入式 （’） 所得。 由表,中数据可知， 压痕直径与能量面密度相 关， 由此说明图所示的压痕直径与爆炸波能量面 密度关系是正确的。经研究发现， 能量面密度可以 作为机械传感器测量近爆区破坏能力的评判标准， 能量分布在爆炸波波阵面上对目标物作用的假设是 合理的。 ’ 结论 （）用爆炸波能量面密度作为衡量近爆区炸药 对目标的破坏强度要比峰值超压、 正压作用时间和 比冲量更为准确。 （“）机械传感器对于测量近爆区炸药破坏强度 是适宜的， 可以用以指导工程实践。 （,）在标定机械传感器时， 要切实注意动压和 6 第 6卷第期王飞等机械传感器测量炸药近爆区爆炸破坏作用实验研究 万方数据 静压的区别， 当测量远爆区时， 动压和静压差别不大， 但在测量近爆区时， 二者差别较大。 表 与“之间的关系验证试验结果 试验 次数 装药量 ／ “ 测点距爆心距离 ／ ／ 理论当量能量面密度 ／ 拟合当量能量面密度 ／ 误差 ／’ * * , - , * , - . * - /, , , * * / 0 * , * , . . , * 0 * - - 0 * - / 0 0 * / , 0 , * * 0 * - * 0 00 * , * / . , * . * , . 0. * , * 0 / , * 0 * - , / , - 0. * .0 * . / .0 * . 0, * . . , / 0 * - * 0 - , * , 0 - - * . ,. / / * * . * / 0 * - / / - * , * , - ,0 , * . - / . * , 0 , 0 / 0 * - * /- / * . / , * 0 , /- 0 - 0, * * , / * , * 0 / / 0 . 0, * , * - / - , * . / 0- / * . , -, . ,0 . , * * 0 - * - 0 * - - . 00 0 0 * /, * - ,, * 0 0 , * - - 0/ .0 , 0. * 00 * -, .0 * , , . * - . . -0 , - * /- * , * , , * /- 参考文献 ［］ 王礼立*冲击动力学 ［1］*合肥 中国科学技术大学出 版社， / / 2 ［］ 孟吉复， 惠鸿斌*爆破测试技术 ［1］*北京 冶金工业出 版社， / / 2 ［］ 张守中*爆炸基本原理 ［1］*北京 国防工业出版社， / 2 ［,］ 刘殿中*工程爆破实用手册 ［1］*北京 冶金工业出版 社， / / / 2 ［0］ 孙承纬， 卫玉章*应用爆轰物理 ［1］*北京 国防工业出 版社， 2 岩石爆破理论与技术新进展 为了全面、 系统地了解和把握当今国际爆破理论与技术发展动向， 促进我国的岩石爆破理 论研究和技术开发工作， 在中国工程爆破协会领导的支持下， 北京工程爆破学会组织几位青年 爆破科技人员， 编辑出版了 岩石爆破理论与技术新进展 专题报告文集， 综述性地介绍了近年 来国际岩石爆破破碎领域的岩土理论研究进展和新的技术发展， 主要内容包括 现场混装乳化 炸药与电子雷管技术； 岩石爆破理论模型及数值模拟； 露天爆破新技术； 地下工程掘进与采矿 爆破新技术； 爆破破碎效果预测与评价； 爆破振动效应。 岩石爆破理论与技术新进展 对我国爆破理论与新技术的发展和应用具有一定的指导作 用， 可为科研立项、 研究选题提供参考， 可选作爆破和其他相关专业研究生、 本科生教学与参考 用书。 岩石爆破理论与技术新进展 由冶金工业出版社出版。本爆破编辑部有售， 书价, 元 （含挂号邮寄费） 。 爆破 年 月 万方数据