聚能罩壁厚对切割深度的影响.pdf

爆破器材990 6 0 5 爆破器材 EXPLO SI VE M A T ERI A LS 1999年 第2 8 卷 第6 期 Vo l . 2 8 No . 6 1999 聚能罩壁厚对切割深度的影响 李彬峰 潘国斌 ［摘 要］ 文章通过试验研究了聚能罩壁厚对切割深度的影响，并进行了相关分析和回 归计算，同时给出了该条件下的相关系数，从而可根据切割深度去寻求合适的罩壁厚 度，做到科学、合理、经济地选择参数。 ［关键词］ 聚能罩 壁厚 切割深度 A Study of the Influence of Wall-thickness of Shaped Charge Liner on the Depth of Cutting Li Bi n f e n g Re s e a r c h a n d D e s i g n I n s t i t u t e o f Ra i l w a y Co n s t r u c t i o n （Be i j i n g ，10 2 6 0 0 ） Pa n G u o b i n Xi ’a n M i n i n g I n s t i t u t e Xi ’a n ，7 10 0 54） ［A BST RA CT ］ T h e i n f l u e n c e o f w a l l -t h i c k n e s s o f s h a p e d c h a r g e l i n e r o n t h e d e p t h o f c u t t i n g w a s s t u d i e d b y t e s t ，a n d t h e r e l a t e d a n a l y s i s a n d r e g r e s s i o n c a l c u l a t i o n w e r e a l s o c a r r i e d o u t ， a n d i n t h e m e a n t i m e ，t h e r e l a t i v e c o e f f i c i e n t ，s i g n i f i c a n c e e x a m i n a t i o n a n d t h e v a l u e o f c o n f i d e n c e r e g i o n ，e t c ．w e r e g i v e n ，w h i c h c a n b e a s e d t o f i n d o u t t h e s u i t a b l e w a l l -t h i c k n e s s o f t h e l i n e r a c c o r d i n g t o t h e d e p t h o f c u t t i n g ． ［K EY W O RD S］ s h a p e d c h a r g e l i n e r ，w a l l t h i c k n e s s ，c u t t i n g d e p t h 1 引言 聚能切割的效果直接和炸药及其装药的类型有关。根据爆轰基本原理和不可压缩 流体的有关理论，炸药的爆速越高，它所形成的射流速度也越高。当然，切割效果也 就越好。在炸药及其装药不变的情况下，它的切割深度受药型罩的材质、顶角、炸 高、药型罩的壁厚、炸药的装药密度、有罩与无罩等多种因素的影响。其中材质、装 药密度、有罩与无罩等对切割效果的影响已作过较多研究，而顶角、炸高、壁厚对切 割深度影响虽也作过研究，但其结果仍呈现出分散、极不一致的情景，给直接引用带 来诸多不便。限于篇幅，本文仅研究聚能罩壁厚对其切割深度的影响［1］。 文献〔2 〕中曾提到了药型罩壁厚对射流性能和威力会产生显著的影响。并且指 出药型罩的最佳壁厚是随着药型罩材料的比重的减小而增加，采用顶部薄、底部厚 的变壁厚药型罩能提高穿孔深度。但在实际加工中，变壁厚无疑将加大加工难度，影 f i l e / / / E| / q k / b p q c / b p q c 99/ b p q c 990 6 / 990 6 0 5. h t m （第 1／7 页）2 0 10 -3-2 2 15 50 50 爆破器材990 6 0 5 响其加工精度。这里仅在罩顶角6 0 、炸高为零的条件下，针对5种不同的壁厚分别进 行试验、观察，得出最佳壁厚与切割效果 深度 的关系。 2 背景资料及试验设计 2 ．1 金属罩的材料 根据聚能装药对药型罩材料密度大、塑性好、且在形成射流过程中不汽化等要 求，再考虑到经济因素，选用铁皮作药型罩。 2 ．2 靶板材料 采用厚度为2 0 m m 的A 3钢（10 0 m m 2 0 0 m m ）。 2 ．3 炸药 试验采用RD X／T NT （50 ／50 ），散装，密度为ρ0＝1．0 g . c m －3。两种炸药的有 关性能参数如表1。 表1 选用炸药的有关性能参数 炸药 名称 O ．B． 爆热 ／k J.k g －1 爆温 ／K 爆轰压 ／M Pa 爆容 ／d m 3 . k g －1 作功能力 ／c m 3 临界直径 ／m m 猛度 ／m m T NT －7 3．9％ 410 0 ～456 4 3357 7 30 ～7 5016 7 8 030 01016 RD X －2 1．6 ％ 5146 ～6 32 2415090 0337 0 048 01．0 ～1．5 2 4．9 其中T NT 是应用最多的军用单体炸药和工业炸药的敏化剂。一般呈淡黄色鳞片状 晶体。T NT 热安定性很高，火焰作用于T NT 可使其在空气中平稳爆轰，在密闭情况下 或大量堆积时燃烧可转化为爆轰。而RD X是应用最广泛的一种高能炸药，为白色粉状 结晶。其爆炸威力大、化学稳定性好，但因感度较高不能单独使用。由于RD X具有较 高的爆炸能量，T NT 具有较低的机械感度和较好的铸装工艺性能，故T NT 和RD X的混 合物兼有二者的优点。 2 ．4 起爆方式 采用8 ＃瞬发电雷管直接引爆主装药的起爆方式，尽量在顶部中点起爆，即棱上起 爆 区别于端面起爆方式，该方式因端部效应影响，将削弱有效侵彻药型罩的长度 或 中心起爆，它有利于侵彻作用对称性，可均匀施压。 2 ．5 起爆电源 起爆电源采用M FB-2 0 0 型发爆器。 2 ．6 药型罩形状 考虑加工方便，采用面对称轴向聚能药型罩，如图1。外壳用与药型罩本身厚度相 同的铁皮。外壳与药罩间进行焊接，紧密固定。药型罩形状为V型，做成的药包外壳 呈长方体状，其尺寸为16 5 m m 45 m m 6 0 m m 。 f i l e / / / E| / q k / b p q c / b p q c 99/ b p q c 990 6 / 990 6 0 5. h t m （第 2 ／7 页）2 0 10 -3-2 2 15 50 50 爆破器材990 6 0 5 图1 切割装药结构示意图 2 ．7 炸高 为方便起见，试验选用零炸高。具体试验装置如图2 。为防止药型罩、支架、靶板 三者在起爆前产生错位、塌落，采用起爆线进行捆扎，以使其相对固定。 图2 试验装置图 3 试验结果与数据处理 文献〔2 〕中虽提出了罩壁厚变化对切割深度影响的定性描述采用顶部薄、底部 厚的变壁厚药型罩能提高穿孔深度。但实际加工过程中，变壁厚将加大加工难度，影 响加工精度。这里仅在罩顶角6 0 、母线长36 m m 、炸高为零的前提下，对5种不同壁 厚分别进行试验，企图得出最佳壁厚与切割深度的关系。 3．1 试验结果 试验参数及结果列于表2 ，从试验结果可以看出，药型罩的切割深度随罩壁厚增大 而增加 本试验中外壳的厚度有变化，但罩的直径未变化 。 表2 罩壁厚变化对切割深度的影响 编号 金 属 罩装 药靶 板 炸高 ／m m 切割 深度 ／m m 材料 顶角 壁厚 ／m m 长度 ／m m 质量 ／g 材料 厚度 ／m m f i l e / / / E| / q k / b p q c / b p q c 99/ b p q c 990 6 / 990 6 0 5. h t m （第 3／7 页）2 0 10 -3-2 2 15 50 50 爆破器材990 6 0 5 0 2 0 3 0 4 铁皮 6 0 0 ．616 5140A 32 00 10 ．2 10 ．4 10 ．6 17 18 19 铁皮 6 0 0 ．816 5140A 32 00 11．2 11．4 11．4 2 0 2 1 2 2 铁皮 6 0 1．016 5140A 32 00 11．8 11．9 12 ．1 2 3 2 4 2 5 铁皮 6 0 1．216 5140A 32 00 12 ．5 12 ．5 12 ．7 2 6 2 7 30 铁皮 6 0 1．416 5140A 32 00 12 ．9 12 ．8 13．0 3．2 数据处理 令罩壁厚δ＝x ，切割深度H ＝y ，则f （δ，H ）＝f （x ，y ），列表3进行计算，其 中切割深度取表2 中同组试验的平均值。 表3 计算列表 Nxyx 2 y 2 x y 1 0 ．610 ．4 0 ．3610 8 ．16 6 ．2 4 2 0 ．811．3 0 ．6 4 12 7 ．96 9．0 4 3 1．011．9 1．0 0141．6 1 11．90 4 1．212 ．61．44 158 ．7 615．12 5 1．4 12 ．9 1．9616 6 ．41 18 ．0 6 ∑ 5．059．1 5．407 0 2 ．906 0 ．36 由上表，据相关系数 f i l e / / / E| / q k / b p q c / b p q c 99/ b p q c 990 6 / 990 6 0 5. h t m （第 4／7 页）2 0 10 -3-2 2 15 50 50 爆破器材990 6 0 5 可计算得出相关系数r ＝0 ．958 ，由此可见，壁厚与切割深度是正相关的。选取模型y ＝a ＋b x ＋ε，ε～N（0 ，σ2）。可由试验结果 样本 得到上式 一元线性回归模型 中 a 、b 的估计，，最后即得H 关于δ的线性回归方程。为计算方便引 入下列符号 （1） （2 ） （3） 这样即可得a ，b 的估计 （4） f i l e / / / E| / q k / b p q c / b p q c 99/ b p q c 990 6 / 990 6 0 5. h t m （第 5／7 页）2 0 10 -3-2 2 15 50 50 爆破器材990 6 0 5 （5） 将表3数据代入式 1 至式 5 ，得 Sx x＝0 ．40 Sx y＝1．2 6 ＝3．15 ＝8 ．6 7 这样即可得到回归直线方程 ＝8 ．6 7 ＋3．15x 又Sy y＝4．34，而且知道Sx y＝1．2 6 ，＝3．15，即得 下面将对回归效果是否显著加以检验，取α＝0 ．0 5。由前面计算知＝3． 15，Sx x＝0 ．40 ，（）2＝0 ．12 4，查表得t 0 ．0 5／2（n －2 ）＝t0 ．0 2 5（3）＝3．18 42 ， 由假设H 0∶b ＝0 的拒绝域为 故拒绝H 0∶b ＝0 ，认为回归效果是显著的，即H 随δ的变化是线性的。这时可由 f i l e / / / E| / q k / b p q c / b p q c 99/ b p q c 990 6 / 990 6 0 5. h t m （第 6 ／7 页）2 0 10 -3-2 2 15 50 50 爆破器材990 6 0 5 给出b 的置信度为1－α＝0 ．95的置信区间为（1． 38 ，4．92 ）。 这样对于给定的点δ＝δ0，可以以一定的置信度预测对应的H 的观测值的取值范围 （即所谓预测区间）。从而由切割深度去寻求合适的壁厚δ的值，做到科学、合理、 经济地选择参数。 4 分析与讨论 通过试验，研究了切割深度与罩壁厚的关系，并通过线性回归等数学方法作了处 理，得出了该种条件下的回归方程，并给出了相关系数、显著性检验及值的置信区间 等。从而可依需要的切割深度去选择恰当的壁厚，以做到科学、合理、经济地选择参 数。 此外，还可以看出，在试验条件下切割深度随罩壁厚的变化呈线性关系，那么是不是 越大越好呢 回答是否定的。因为受试验条件制约，只是给出了所选5种壁厚条件下的 实验结果。是否随罩壁厚继续增大，切割深度也随之增大 会不会有拐点出现 会不会 存在最佳壁厚 所有这些还待进一步研究商榷。同时如在批量应用聚能药包时，所用金 属的昂贵费用也同样影响着罩壁厚的选择。 作者单位李彬峰 铁道建筑研究设计院 北京，10 2 6 0 0 潘国斌 西安矿业学院 西安，7 10 0 54 参考文献 1 李彬峰．聚能药包试验研究及其应用∶［学位论文］．西安西安矿业学院，1999 2 龙维祺．特种爆破技术．北京冶金工业出版社，1993，16 0 f i l e / / / E| / q k / b p q c / b p q c 99/ b p q c 990 6 / 990 6 0 5. h t m （第 7 ／7 页）2 0 10 -3-2 2 15 50 50