CN105788428B - 用于研究爆炸应力波相互作用机理的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于研究爆炸应力波相互作用机理的系统及方法，利用延时控制器发出触发信号控制多通道脉冲点火器，多通道脉冲点火器收到触发信号后引爆炸药药包中的炸药，通过炸药爆炸产生爆炸应力波作用于试件。延时控制器同时或先后发出至少两个触发信号，控制多通道脉冲点火器同时或先后引爆多个药包，使试件中同时或先后产生不同爆炸应力波。多通道脉冲点火器接到触发信号后立即放电，在信号线连接的起爆探针尖端放电，引爆药包中的炸药，产生爆炸应力波。所述的实验加载系统，炸药药包的位置和装药量可以改变，进而改变爆炸应力波的强度和不同应力波之间的叠加情况，具有很大灵活性，能够满足不同实验要求。

Description

用于研究爆炸应力波相互作用机理的系统及方法

技术领域

本发明涉及断裂力学研究领域的爆破测试实验系统，尤其涉及一种研究爆炸应力波相互作用机理的系统及方法。

背景技术

钻眼爆破、光面爆破、定向断裂控制爆破技术在露天矿和深部矿井、道路建设、隧道和立井开挖中有着广泛的应用。但是，目前爆破破岩的具体过程尚未完全弄清。一般认为，岩体内最初形成的裂缝是由爆炸应力波造成的，随后爆炸气体渗入裂隙并在静压作用下，使应力波造成的裂纹进一步扩展。爆炸是一个极其复杂的过程，爆破过程的瞬态性、破坏性使得观测到的爆破作用效果往往是在爆炸应力波和爆生气体综合作用下形成的，综合作用的过程是非常复杂和多变的。这给爆破破岩机理的实验研究带来了很大难度。

近几年来，随着科学技术的不断进步，一些科研工作者通过先进的实验设备如高速摄影仪等对爆炸应力波及其相互影响规律进行了一些研究并研究取得了一定的成果，对实际工程应用具有一定指导意义和实用价值。但是目前国内关于爆炸应力波在裂纹起裂阶段的作用效果和爆炸应力波之间相互叠加作用的实验和研究相对较少。因此，有必要针对爆炸应力波对岩石起裂的作用效果、爆炸应力波之间相互作用的过程和机理等问题进行深入研究，这对工程实践以及断裂动力学理论的发展等都具有重要的理论和实际意义。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种可研究爆炸应力波相互作用机理的系统。该系统可以通过改变炸药药包数量、药包位置、药包装药量、不同药包起爆时间等因素在实验试件中同时或先后产生一个或多个爆炸应力波，爆炸应力波的强度可以相同或不同，从而研究爆炸应力波产生时对试件的作用机理、爆炸应力波在试件裂纹起裂时的作用效果、强度相同或不同的爆炸应力波相互叠加作用效果、爆炸应力波中的P波与P波、S波与S波、S波与P波的相互作用机理及规律。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

用于研究爆炸应力波作用机理的系统，所述系统包括支架(12)、炸药药包(8)、药包密封盖(9)、炸药(10)、试件(11)、固定螺栓(7)、试件夹具(6)、起爆探针(5)，炸药药包(8)为一端封闭的空心圆柱体，里面装有炸药，另一端用带有小圆孔的药包密封盖(9)盖住，起爆探针(5)从所述小圆孔穿过；炸药药包(8)的外径与试件(11)炮孔的内径相同，高度与试件(11)的厚度相同；炸药药包(8)起爆后，在试件(11)上产生爆炸应力波；试件夹具(6)底部固定在支架(12)上，将试件(11)调整到合适的位置并拧紧固定螺栓(7)固定试件(11)；利用延时控制器发出触发信号控制多通道脉冲点火器，多通道脉冲点火器收到触发信号后引爆炸药药包中的炸药，通过炸药爆炸产生爆炸应力波作用于试件；延时控制器同时或先后发出至少两个触发信号，控制多通道脉冲点火器同时或先后引爆多个药包，使试件中同时或先后产生不同爆炸应力波；多通道脉冲点火器接到触发信号后立即放电，在起爆线连接的起爆探针尖端放电，引爆药包中的炸药，产生爆炸应力波。

所述的系统，炸药药包的位置和装药量可以改变，进而改变爆炸应力波的强度和不同应力波之间的叠加情况。

所述的系统，起爆探针(5)的尖端插入炸药药包(8)，末端通过药包密封盖(9)的小圆孔伸出；将起爆探针(5)末端与信号线b(4)连接；利用延时控制器(1)发出触发信号，控制多通道脉冲点火器(3)按照设定的时间放电引爆炸药药包(8)。

所述的系统，药包密封盖(9)的直径与炸药药包(8)的内径相同。

所述的系统，如果需要在试件中产生多个爆炸应力波，需要设置相应数量的炸药药包(8)以及试件夹具(6)。

所述的系统，延时控制器(1)有多个信号输出端口，一次能够自由设置多个延时时间，以μs级的精度控制延时时间。

根据任一所述的系统研究爆炸应力波相互作用机理的方法，包括以下步骤：

首先，用相应数量的信号线连接延时控制器和多通道脉冲点火器，并在多通道脉冲点火器对应的放电通道接上信号线；

然后，根据实验需要在炸药药包中装入一定量的炸药，并用漆包线做成起爆探针，将探针尖端插入炸药中，末端穿过炸药药包密封盖的小圆孔，接着将密封盖盖上，以确保探针尖端插入炸药中，再将装药完毕的炸药药包放入试件炮孔中；

之后，设置延时控制器各控制通道延时的时间，把试件固定在试件夹具上；

最后，将多通道脉冲点火器放电通道的信号线与起爆探针末端连接，操作延时控制器引爆炸药。

本发明的用于研究爆炸应力波相互作用机理的系统，能够研究爆炸应力波产生时对试件的作用机理、爆炸应力波在试件裂纹起裂时的作用效果、强度相同或不同的爆炸应力波相互叠加作用效果、爆炸应力波中的P波与P波、S波与S波、S波与P波的相互作用机理及规律，并在此基础上对断裂动力学理论和应力波理论进行更深入的研究。

系统利用延时控制器触发多通道脉冲点火器引爆炸药，操作简便，可靠性高。炸药药包起爆后，爆炸荷载作用于试件上，此时爆炸应力波开始传播，然而试件要经过数微秒后才会起裂。并且爆炸应力波的传播速度一般可达2000m/s左右，爆生裂纹的扩展速度最大仅为300m/s～500m/s左右。因此试件受到爆炸荷载作用后到爆生裂纹起裂前的时间足够完成对爆炸应力波相互作用效果的观测，但是实验中必须严格控制炸药药包起爆的时间，使它们能够按照实验要求同时起爆或在极短的试件内先后起爆。因此系统采用延时控制器作为延时控制设备，延时控制器有多个信号输出端口，一次能够自由设置多个延时时间，以μs级的精度控制延时时间，完全满足实验的精度要求，而且抗干扰能力强，操作方便，能够保证系统的可靠性和实验的成功率。系统利用多通道脉冲点火器放电引爆炸药药包，可以在一次实验中引爆多个炸药药包，实验时可以根据需要产生多个爆炸应力波。而且可以通过改变每个炸药药包的装药量改变爆炸应力波强度，具有很大灵活性，能够满足不同实验要求。

附图说明

图1为本发明实施例的结构原理图；

图2为本发明的试件固定支架侧视图；

图中：1延时控制器、2信号线a、3多通道脉冲点火器、4信号线b、5起爆探针、6试件夹具、7固定螺栓、8炸药药包、9药包密封盖、10炸药、11试件、12支架。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

参考图1-2，研究爆炸应力波相互作用机理的系统包括支架12、炸药药包8、药包密封盖9、炸药10、试件11、固定螺栓7、试件夹具6、起爆探针5，炸药药包8为一端封闭的空心圆柱体，圆柱体外径与试件11炮孔直径相同，圆柱体高度与试件11厚度相同，炸药可装在圆柱体内部；药包密封盖9直径与炸药药包8内径相同，圆心处有一小圆孔，起爆探针5可从小圆孔穿过；试件夹具6上配有固定螺栓7用来固定试件11和炸药药包8，固定螺栓7的直径略大于炸药药包8的外径，保证试件11的稳定性；试件夹具6底部固定在支架12上；起爆探针5的尖端插入炸药药包8，末端穿过药包密封盖9上的小圆孔，炸药药包8起爆后，在试件11上产生爆炸应力波。

起爆探针5的尖端插入炸药药包8，用砂纸打磨起爆探针5的末端。然后将起爆探针5末端穿过药包密封盖9圆心处的小圆孔，将药包密封盖9盖住炸药药包开口端，将炸药药包8放入试件炮孔中。

试件夹具6底部固定在支架12上，将试件11调整到合适位置，拧动固定固定螺栓7对试件11进行固定，以保证试件11的稳定性。

如果需要在试件中产生多个爆炸应力波，需要设置相应数量的炸药药包以及试件夹具。

延时控制器按照预先设定的延时时间同时或先后向多通道脉冲点火器的对应放电通道发出脉冲信号，多通道脉冲点火器放电引爆炸药药包。

延时控制器有多个信号输出端口，一次能够自由设置多个延时时间，以μs级的精度控制延时时间，完全满足实验的精度要求，并且抗干扰能力强，操作方便，能够保证系统的可靠性和实验的成功率。

本发明的用于研究爆炸应力波相互作用机理的系统，其具体操作方法是：

首先，用相应数量的信号线连接延时控制器和多通道脉冲点火器，并在多通道脉冲点火器对应的放电通道接上信号线；

然后，根据实验需要在炸药药包中装入一定量的炸药，并用漆包线做成起爆探针，将探针尖端插入炸药中，末端穿过药包密封盖的小圆孔，接着将密封盖盖上，以确保探针尖端插入炸药中，再将装药完毕的炸药药包放入试件炮孔中；

之后，设置延时控制器各控制通道延时的时间，把试件固定在试件夹具上；

最后，将多通道脉冲点火器放电通道的信号线与起爆探针末端连接，操作延时控制器引爆炸药。

所述的延时控制器能以μs级的精度设置延时时间间隔，满足实验的精度要求。

所述的多通道脉冲点火器可以一次引爆至少两个炸药药包。

以延时20μs先后产生两个爆炸应力波为例进行说明。

如图1、2所示，具体步骤包括：

步骤一、在炸药药包8中装药。根据需要的装药密度、装药质量等，用天平称量适量的炸药，装入圆柱形的炸药药包8。炸药药包8外径与试件11炮孔直径相同。将起爆探针5的尖端插入炸药药包8，用砂纸打磨起爆探针5的末端，将起爆探针5末端穿过药包密封盖9圆心处的小圆孔。然后将药包密封盖9盖住炸药药包8开口端，将炸药药包8放入试件11炮孔中。再按照同样方式在另一个炸药药包中装药并放入试件11的另一个炮孔中。

步骤二、固定试件11。参照图2，将试件11调整到合适的位置，拧动固定螺栓7对试件11进行固定，以保证试件11的稳定性。

步骤四、将信号线a2一端连接延时控制器1的一号信号输出端口，另一端连接多通道脉冲点火器3的一号信号输入端口。将另一根信号线a2一端连接延时控制器1的二号信号输出端口，另一端连接多通道脉冲点火器3的二号信号输入端口。在多通道脉冲点火器3相应的一号、二号放电通道端口分别接上信号线b4。信号线b4的另一端分别与起爆探针5的末端连接。

步骤五、打开延时控制器1，将一号信号输出端口的延时时间设置为0μs，将二号信号输出端口的延时时间设置为20μs。然后打开多通道脉冲点火器3，接着打开一号、二号放电通道的开关。

步骤六、按下延时控制器1的触发按钮，延时控制器1先传递脉冲信号触发多通道脉冲点火器3的一号放电通道，20μs后延时控制器1再传递脉冲信号触发多通道脉冲点火器3的二号放电通道，使多通道脉冲点火器3间隔20μs先后放电引爆两个炸药药包8，在试件11中产生两个爆炸应力波。然后依次关闭一号、二号放电通道、多通道脉冲点火器、延时控制器的开关。在炸药起爆的同时，可以使用高速摄影仪、高速纹影设备、超动态应变测试仪、DIC系统、透射式动态光弹性光路系统、透射式数字动态焦散线光路系统、反射式动态光弹性光路系统、反射式数字动态焦散线光路系统等设备对炸药起爆后整个试件所产生的各种现象如应变、应力等进行观测、记录。据此研究整个试件全场的应力分布、变化规律以及整个试件的应变情况，从而进一步分析爆炸应力波的相互作用机理。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.用于研究爆炸应力波相互作用机理的系统，其特征在于，所述系统包括支架(12)、炸药药包(8)、药包密封盖(9)、炸药(10)、试件(11)、固定螺栓(7)、试件夹具(6)、起爆探针(5)，炸药药包(8)为一端封闭的空心圆柱体，里面装有炸药，另一端用带有小圆孔的药包密封盖(9)盖住，起爆探针(5)从所述小圆孔穿过；炸药药包(8)的外径与试件(11)炮孔的内径相同，高度与试件(11)的厚度相同；炸药药包(8)起爆后，在试件(11)上产生爆炸应力波；试件夹具(6)底部固定在支架(12)上，将试件(11)调整到合适的位置并拧紧固定螺栓(7)固定试件(11)；利用延时控制器发出触发信号控制多通道脉冲点火器，多通道脉冲点火器收到触发信号后引爆炸药药包中的炸药，通过炸药爆炸产生爆炸应力波作用于试件；延时控制器同时或先后发出至少两个触发信号，控制多通道脉冲点火器同时或先后引爆多个炸药药包，使试件中同时或先后产生不同爆炸应力波；多通道脉冲点火器接到触发信号后立即放电，在起爆线连接的起爆探针尖端放电，引爆炸药药包中的炸药，产生爆炸应力波。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，试件中炸药药包的位置和装药量可以改变，进而改变爆炸应力波的强度和不同应力波之间的叠加情况。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，起爆探针(5)的尖端插入炸药药包(8)，末端通过药包密封盖(9)的小圆孔伸出；将起爆探针(5)末端与信号线b(4)连接；利用延时控制器(1)发出触发信号，控制多通道脉冲点火器(3)按照设定的时间放电引爆炸药药包(8)。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，药包密封盖(9)的直径与炸药药包(8)的内径相同。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，如果需要在试件中产生多个爆炸应力波，需要设置相应数量的炸药药包(8)以及试件夹具(6)。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，延时控制器有多个信号输出端口，一次能够自由设置多个延时时间，以μs级的精度控制延时时间。

7.根据权利要求1-6任一所述的系统研究爆炸应力波相互作用机理的方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先，用相应数量的信号线连接延时控制器和多通道脉冲点火器，并在多通道脉冲点火器对应的放电通道接上信号线；

然后，根据实验需要在炸药药包中装入一定量的炸药，并用漆包线做成起爆探针，将起爆探针尖端插入炸药中，末端穿过药包密封盖的小圆孔，接着将密封盖盖上，以确保起爆探针尖端插入炸药中，再将装药完毕的炸药药包放入试件炮孔中；

之后，设置延时控制器各控制通道延时的时间，把试件固定在试件夹具上；

最后，将多通道脉冲点火器放电通道的信号线与起爆探针末端连接，操作延时控制器引爆炸药。