爆生气体在光面爆破中的作用机理研究

发布时间：2017-10-12 12:21

  本文关键词：爆生气体在光面爆破中的作用机理研究

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【摘要】：本文采用断裂力学的方法,推导了隧道周边眼上裂纹的应力强度因子理论解析解。并利用气体一维流动的基本方程讨论了爆生气体在裂纹的中流动规律。利用ANSYS14.0中的断裂力学分析功能计算了周边眼裂纹的应力强度因子的有限元解,同时也采用matlab计算了这些应力强度因子的理论解,并作出了对比。ANSYS中的裂纹应力强度因子有限元解和理论解能够很好的吻合,误差有4.52%,达到了较高的精度。用ANSYS14.0中新增的裂纹扩展分析功能模拟分析了炮孔裂纹在爆生气体的驱动下扩展的规律。在裂纹扩展分析中发现,在伯努力效应的作用下优势扩展的裂纹会迅速抑制劣势裂纹。这说明在光面(预裂)爆破中要合理的利用爆生气体的能量就需要使轮廓线上的裂纹相比其他裂纹有扩展上的优势。而切缝管能够限制爆生气体进入管壁处的裂纹,使切缝处的裂纹得到优先发展。只要合理的运用切缝管这一特点就能改善光面(预裂)爆破的效果。切缝管在实际应用的过程中,需要保证相邻管材的切缝在光面(预裂)爆破轮廓面上才能发挥其应有的效果。如果相邻管材的切缝没有对其,相互错开反而会造成较大的超挖欠挖。为了解决这个问题研发了适用于隧道光面爆破和适用于台阶爆破的对中装置,并均已申请国家专利。
【关键词】：爆生气体 断裂力学 光面(预裂)爆破 切缝管
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB41
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 课题研究背景和意义10
• 1.2 研究现状10-14
• 1.2.1 控制断裂爆破的方式11-14
• 1.3 断裂力学数值模拟14-18
• 1.3.1 断裂力学数值模拟研究现状16-18
• 1.4 本文研究内容18-19
• 第二章 光面（预裂）爆破中的断裂力学基本理论19-30
• 2.1 裂纹尖端区域的应力场19-26
• 2.1.1 断裂力学中的复变函数19-20
• 2.1.2 Ⅰ型裂纹尖端应力强度因子20-21
• 2.1.3 常见情况下KⅠ的解答。21-22
• 2.1.4 圆形炮孔裂纹尖端应力强度因子KⅠ22-24
• 2.1.5 切缝管管壁处裂纹应力强度因子24-25
• 2.1.6 K准则25-26
• 2.2 能量原理26-27
• 2.3 J积分理论27-28
• 2.4 复合型裂纹的脆性断裂理论28-29
• 2.5 小结29-30
• 第三章 爆生气体在控制爆破中的作用30-36
• 3.1 炸药的爆轰压力30-31
• 3.2 不耦合装药作用在孔壁上的准静态压力31-32
• 3.3 爆生气体一维流动32-34
• 3.3.1 气体一维流动的基本方程：32-33
• 3.3.2 计算方法33-34
• 3.4 爆生气体实地数据试算34-35
• 3.5 小结35-36
• 第四章 切缝管数值模拟36-88
• 4.1 静态裂纹模拟36-57
• 4.1.1 应力强度因子有限元计算方法36-38
• 4.1.2 有限元数值解与理论解对比38-43
• 4.1.3 静态无切缝管炮孔裂纹模拟43-51
• 4.1.4 静态有切缝管炮孔裂纹模拟51-57
• 4.2 动态裂纹模拟57-87
• 4.2.1 动态无切缝管炮孔裂纹扩展模拟57-66
• 4.2.2 动态有切缝管炮孔裂纹扩展模拟66-73
• 4.2.3 双炮孔无切缝管裂纹扩展模拟73-80
• 4.2.4 双炮孔有切缝管裂纹扩展模拟80-87
• 4.3 小结87-88
• 第五章 切缝管在隧道周边眼的实现方式88-107
• 5.1 实地考察88-92
• 5.1.1 罗依溪隧道出口右洞88-89
• 5.1.2 罗依溪隧道进口左洞89-91
• 5.1.3 罗依溪隧道进口右洞91-92
• 5.2 前人的设计思想92-97
• 5.2.1 切缝管控制爆破实际效果92-95
• 5.2.2 已有的切缝管光面（预裂）爆破实现方式95-97
• 5.3 专利方案设计97-106
• 5.3.1 用于隧道爆破的控制爆破对中装置97-103
• 5.3.2 用于台阶爆破的控制爆破对中装置103-106
• 5.4 小结106-107
• 结论与展望107-109
• 结论107-108
• 展望108-109
• 参考文献109-113
• 致谢113-114
• 附录A 攻读硕士学士学位期间发表论文及科研情况114

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本文编号：1018686