CN116822311B - 一种爆炸瞬时炮孔周围应力预测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及爆破实验技术领域，具体为一种爆炸瞬时炮孔周围应力预测方法及系统，方法包括如下步骤：获取地质数据和环境信息，所述地质数据和所述环境信息来源于爆破区域；依据所述地质数据和所述环境信息设计物理模型，所述物理模型用于模拟炮孔周围的岩体状况；根据所述物理模型、所述地质数据和所述环境信息，建立爆炸瞬时炮孔周围应力的预测模型；通过所述预测模型预测爆炸瞬时炮孔周围的应力分布情况。本发明根据爆破区域的地质数据和环境信息建立爆炸应力的预测模型，对爆炸瞬时的炮孔周围应力进行模拟分析，通过网格分解得到爆炸瞬时炮孔周围的应力分布情况，以此获得不同爆破环境下爆炸瞬时炮孔周围的应力分布情况。

Description

一种爆炸瞬时炮孔周围应力预测方法及系统

技术领域

本发明涉及爆破实验技术领域，具体为一种爆炸瞬时炮孔周围应力预测方法及系统。

背景技术

测量爆炸瞬时炮孔的应力涉及爆炸力学、岩石力学和应力波传播等多个学科领域。想要研究爆炸瞬时炮孔周围应力首先需要了解爆炸力学的基本原理，包括爆炸过程中能量的释放、传播和转化规律。同时，还需要了解应力波对炮孔周围应力的传播速度、衰减和反射等传播特性的影响。

爆炸瞬间产生的高压会使炮孔周围产生应力波，应力波的传播会导致炮孔周围的应力分布发生变化。对炮孔周围应力分布进行测量和变化趋势分析，可以得到炮孔周围应力的状态和分布情况，进而指导爆破设计和施工。但是现有的方法需要耗费大量时间和人力，而且只能获得局部范围内的数据，不能获取不同深度和角度的应力情况，所以现需要提升和改进爆炸瞬时炮孔周围应力预测方法，进一步了解爆炸瞬时炮孔周围应力的影响因素和分布规律，制定更高效的爆破计划和策略，更深入地了解不同深度炮孔在不同方向上的应力分布特征，进而提升爆破效果并优化爆破作业环境。

发明内容

针对现有方法的不足以及实际应用的需求，为了实现爆炸瞬时炮孔周围应力的预测和分析。现根据爆破区域的地质数据和环境信息，制作混凝土模型用于炮孔模拟实验，构建爆炸瞬时炮孔周围应力的预测模型，结合物理模型和数字模型得到不同工况下的爆炸瞬时炮孔周围应力分布情况，依据炮孔周围应力的分布情况可以更好地设计和优化爆破方案提高爆破作业效果，更好地预测和防止爆破过程中出现炮孔破裂、岩体崩塌等工程问题，对于提高爆破效果、保障工程安全、优化设计方案以及推动科学研究等方面都具有重要的意义。一方面本发明提供了一种爆炸瞬时炮孔周围应力预测方法，其方法包括如下步骤：获取地质数据和环境信息，所述地质数据和所述环境信息来源于爆破区域；依据所述地质数据和所述环境信息设计物理模型，所述物理模型用于模拟炮孔周围的岩体状况；根据所述物理模型、所述地质数据和所述环境信息，建立爆炸瞬时炮孔周围应力的预测模型；通过所述预测模型预测爆炸瞬时炮孔周围的应力分布情况。本发明依据爆破区域的地质数据和环境信息设计炮孔物理模型，以实现对炮孔周围应力的模拟和分析，可对爆炸瞬时的炮孔周围应力分布情况进行精准分析，提高爆炸瞬时炮孔周围应力预测方法的精准度，进一步提高方法的实用性。

可选的，所述根据所述物理模型、所述地质数据和所述环境信息，建立爆炸瞬时炮孔周围应力的预测模型包括：根据所述物理模型、所述地质数据和所述环境信息，探究爆炸瞬间炮孔周围应力的影响因素和作用情况；基于所述影响因素和所述作用情况建立爆炸瞬时炮孔周围应力的预测模型。本发明通过爆破区域的地质数据和环境信息分析影响炮孔周围应力的主要因素，进一步建立爆炸瞬时炮孔周围应力的预测模型，提高了模拟方法的准确度和真实性。

可选的，所述根据所述物理模型、所述地质数据和所述环境信息，探究爆炸瞬间炮孔周围应力的影响因素和作用情况包括：根据所述物理模型、所述地质数据和所述环境信息，构建爆破环境对炮孔周围应力的影响模型；通过所述爆破环境对炮孔周围应力的影响模型获得爆破环境对爆炸瞬时炮孔周围应力的作用情况，且满足如下公式：

其中，表示爆破环境对炮孔周围应力的影响程度，/>表示爆破地质的抗拉系数，/>表示炮孔的深度，/>表示爆破地质的稳固系数，/>表示爆破后炮孔周围的平均温度，/>表示炮孔周围的温度差，/>表示炮孔壁的缩放系数。本发明根据地质环境的主要影响要素分析地质情况对炮孔周围应力的影响程度，提高了炮孔周围应力预测方法的可行性。

可选的，所述根据所述物理模型、所述地质数据和所述环境信息，探究爆炸瞬间炮孔周围应力的影响因素和作用情况包括：依据所述物理模型、所述地质数据和所述环境信息，构建周围振动效应的影响模型；通过所述周围振动效应的影响模型获得周围振动对爆炸瞬时炮孔周围应力的作用情况，且满足如下公式：

其中，表示炮孔周围振动效应对炮孔周围应力的影响程度，/>表示炮孔周围流体运动的影响权重，/>表示炮孔周围气体的密度，/>表示/>时刻炮孔周围流体的运动速度，表示/>时刻炮孔周围流体的运动速度，/>表示时刻/>，/>表示时刻/>，/>表示相邻时刻和/>之间的差值，/>表示炮孔周围振动效应的影响权重，/>表示炮孔周围的振动频率，/>表示/>时间内炮孔周围物质的位移距离。本发明基于振动引起运动的机理，通过炮孔周围的流体运动情况得到炮孔周围振动效应对炮孔周围应力的影响程度，通过周围流体的移动情况分析振动作用的影响程度，保证了炮孔周围应力分析结果的可靠性。

可选的，所述基于所述影响因素和所述作用情况建立爆炸瞬时炮孔周围应力的预测模型包括：基于爆破环境和炮孔周围振动效应对爆炸瞬时炮孔周围应力的作用情况构建爆炸瞬时炮孔周围应力的预测模型；所述预测模型，满足如下公式：

其中，表示爆炸瞬时炮孔周围的应力，/>表示爆破环境对炮孔周围应力的影响程度，/>表示爆破填充物的密度，/>表示爆炸时炮孔周围流体的速度，/>表示炮孔的横截面积，/>表示炮孔周围振动效应的影响程度。本发明考虑到爆破环境情况、周围振动效应等因素对对炮孔周围应力的影响情况，为爆炸瞬时炮孔周围应力的预测分析结果提供有力的数据支撑。

可选的，所述通过所述预测模型预测爆炸瞬时炮孔周围的应力分布情况包括：将所述物理模型进行网格模拟分割，得到多个爆炸炮孔分析点；利用所述预测模型对所述多个爆炸炮孔分析点进行分析并获得爆炸炮孔分析点周围应力的预测结果；依据所述预测结果预测爆炸瞬时的炮孔周围应力分布情况。本发明利用网格模拟分割分析不同深度、角度位置炮孔周围的应力分布情况，进而提高了炮孔周围应力分析结果的准确性。

可选的，所述依据所述预测结果预测爆炸瞬时的炮孔周围应力分布情况包括：预设爆炸瞬时炮孔周围应力的特定分析方向；基于所述特定分析方向分析爆炸瞬时的炮孔周围应力分布情况。本发明预设不同分析角度的数字模型，基于上述数字模型获得各炮孔周围应力的分布情况，提供了更准确、全面以及高效的数据保障。

可选地，所述基于所述特定分析方向分析爆炸瞬时的炮孔周围应力分布情况包括：所述特定分析方向，满足如下关系：

其中，表示爆炸瞬时炮孔周围的应力，/>表示在x轴方向上的炮孔应力，/>表示在y轴方向上的炮孔应力，/>表示在z轴方向上的炮孔应力。本发明炮孔周围应力的特定分析方向满足能量守恒定理，保证了分析数据的科学性，提高爆炸瞬时炮孔周围应力预测方法的适用性和科学性。

可选的，所述通过所述预测模型预测爆炸瞬时炮孔周围的应力分布情况包括：通过所述特定分析方向获得x轴方向上的炮孔应力，y轴方向上的炮孔应力以及z轴方向上的炮孔应力；基于所述x轴方向上的炮孔应力，所述y轴方向上的炮孔应力以及所述z轴方向上的炮孔应力分析爆炸瞬时的炮孔周围应力分布情况。本发明结合特定分析方向并构建相对应的数学模型，基于此剖析各炮孔分析点的应力分布情况，有利于最大程度地还原炮孔周围应力的具体分布情况。

第二方面，为能够高效地执行本发明所提供的一种爆炸瞬时炮孔周围应力预测方法，本发明还提供了一种爆炸瞬时炮孔周围应力预测系统，系统包括处理器、输入设备、输出设备和存储器，所述处理器、输入设备、输出设备和存储器相互连接，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令，执行如本发明第一方面所述的爆炸瞬时炮孔周围应力预测方法。本发明的爆炸瞬时炮孔周围应力预测系统，结构紧凑、性能稳定，能够稳定地执行本发明提供的爆炸瞬时炮孔周围应力预测方法，提升本发明整体适用性和实际应用能力。

附图说明

图1为本发明的爆炸瞬时炮孔周围应力预测方法的流程图；

图2为本发明的炮孔物理模型示意图；

图3为本发明的爆炸瞬时炮孔周围应力的特定分析方向示意图；

图4为本发明的爆炸瞬时炮孔周围应力预测系统的结构图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路，软件或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。

请参见图1，为了实现爆炸瞬时炮孔周围应力的准确预测和分析，结合物理模型和数字模型分析不同工况下爆炸瞬时炮孔周围应力的分布情况。基于炮孔周围应力的深入分析，可以更好地设计和优化爆破方案，提高爆破效果，同时降低炮孔破裂和岩体崩塌等不良工程问题。本发明提出一种爆炸瞬时炮孔周围应力预测方法，本发明将通过物理模型和数字模型分析不同工况下爆炸瞬时炮孔周围应力的分布情况，对于提高爆破效果、保障工程安全、优化设计方案和推动科学研究等方面都具有重要的意义。本发明提供了爆炸瞬时炮孔周围应力预测方法，所述爆炸瞬时炮孔周围应力预测方法如下步骤：

S1、获取地质数据和环境信息，上述地质数据和所述环境信息来源于爆破区域。

在本实施例中由于炮孔周围的应力受到爆破环境、物质振动效应以及其他综合因素的影响，所以导致炮孔周围的应力情况会有所不同。为了保证炮孔周围相关数据的准确性，本实施例将考虑到空气温度、风速、地质特征以及爆破作业等因素的影响，选择合适的时间对爆破区域的地质数据和环境信息进行采集，本实施例中采用统一模拟条件相同地点的情况下，对爆破区域的地质数据进行测定；在相同位置同一时刻的前提下，对爆破环境信息进行检测；在不同时刻，相同地点的情况下，对爆炸瞬时炮孔周围的信息进行监测。

在爆破作业现场安装各种监测仪器，如温度传感器、风速传感器、电磁波勘探等，以实时监测炮孔周围的各种数据和相关信息，同时记录爆破作业过程中的炮孔物理模型的状况、爆破炮孔的分析信息、爆破设备的运行状况等。在本实施例中爆破作业现场的检测仪器结构简单，适应恶劣环境能力强，可在高低温、强辐射等恶劣的环境下工作。

更进一步地，本实施例的机械设备可以在一个较长的时间内保持其性能参数的工作能力，可以稳定输出与输入相关数据，可以随时间变化或者对象的更换做出相对应的调整和响应，在其他一个或者一些实施例中可以对监测设备进行调整，以保证相关数据的准确性。

S2、依据获取爆破区域的地质数据和环境信息设计物理模型，上述物理模型用于模拟炮孔周围的岩体状况。

请参见图2，图示中1表示物理模型，2表示物理模型的预爆破炮孔，3表示物理模型的主爆破炮孔，4表示物理模型的爆破炮孔，5表示物理模型的横切面。本实施例中对爆破实施现场的地质数据和环境信息进行统计和分析，提取出与炮孔周围应力相关的信息并挖掘炮孔周围应力的分布规律和变化趋势，找出影响炮孔周围应力的主要因素，利用地质数据、环境信息和上述主要因素设计炮孔物理模型，上述炮孔物理模型将用于模拟炮孔周围的岩体状况，对爆破区域的地质数据和环境信息进行等比例复刻，本实施例中获取爆破作业区域的地磁场、重力场、地形、地貌、气象，以及水文等相关信息，使用三维建模技术，将地质数据和环境信息转化为三维物理模型，实现爆破工作区域的等比例复刻。

了解爆破作业区域的地质条件和环境状况，有助于提高爆破设计精度，更好地预测和评估可能存在的风险，减少对非目标区域的影响，有助于提高作业安全性，减少安全事故发生的可能性并降低风险，最大程度地还原爆破实际情况和自然环境，尽可能将误差降到最低，进一步保证物理模型数据的可靠性和准确性，使用仿真和分析工具，对三维模型进行仿真和分析，评估炮孔周围应力预测方法的安全性、可行性。

本实施例中根据爆破区域的地质数据和环境信息，确定构成炮孔模型的主要结构组成要素，明确炮孔周围应力的地层岩性、岩石力学性质、地下水以及地质构造等因素成分。实施例中通过地质勘测、物理勘测和环境观测等手段，获取爆破区域的相关数据；对获取的数据进行预处理、标准化处理，以便于后续物理建模和数据分析；根据上述处理后的数据，构建爆破区域的炮孔物理模型，其中包括但不限于地层岩性模型、岩石力学模型、地下水模型和地质构造模型；建立炮孔物理模型的基础上，设计炮孔周围应力的计算模型，考虑炮孔的形状、直径、深度以及装药量等因素进一步完善炮孔物理模型。本实施例中使用仿真和分析工具，对炮孔周围应力模型进行仿真和分析，评估不同爆破环境因素对炮孔周围应力的影响程度和变化规律，根据仿真、分析结果，对炮孔物理模型进行优化和修正，提高物理模型的可靠性和还原结果的精确度。

实施例中通过多种技术实现物理模型的等比例复刻，本实施例中可以使用地质勘测、地球物理勘测和地球化学勘测等技术获取相关数据，并通过现场观测和遥感技术获取环境信息。然后，将这些数据输入到计算机中，使用三维建模和仿真技术进行等比例复刻。对爆破作业区域进行等比例还原可以提高模型设计精度、优化炮孔周围应力预测方法、提高安全性和为其他工程提供参考，具有重要的实际意义。

更进一步地，本实施例中综合运用多种手段，从多条途径对爆破作业区域的实际情况进行模拟复刻，以便于更好地预测和评估炮孔周围应力的分布情况。有助于提高作业安全性，减少安全事故发生的可能性。本实施例中所涉及的等比例复制和分析方式仅为本发明的一个可选条件，在其他实施例中对于物理模型的设计方式和复制要求可以根据实际需求进行灵活选择。

S3、根据所上述物理模型和上述爆破区域的地质数据和环境信息，建立爆炸瞬时炮孔周围应力的预测模型。

在本实施例中根据上述爆破作业区域物理模型和爆破区域的地质数据和环境信息，建立爆炸瞬时炮孔周围应力的预测模型；根据上述炮孔物理模型和上述爆破区域的地质数据和环境信息，探究爆炸瞬间炮孔周围应力的影响因素及其作用情况；基于上述爆炸瞬间炮孔周围应力的影响因素及其作用情况建立爆炸瞬时炮孔周围应力的预测模型，其具体实施步骤及实施内容如下：

首先，根据上述炮孔物理模型和上述爆破区域的地质数据和环境信息，构建爆破环境对炮孔周围应力的影响模型；通过上述爆破环境对炮孔周围应力的影响模型获得爆破环境对炮孔周围应力的作用情况，且满足如下公式：

其中，表示爆破环境对炮孔周围应力的影响程度，/>表示爆破地质的抗拉系数，/>表示炮孔的深度，/>表示爆破地质的稳固系数，/>表示爆破后炮孔周围的平均温度，/>表示炮孔周围的温度差，/>表示炮孔壁的缩放系数。

本实施例中根据上述炮孔物理模型和上述爆破区域的地质数据和环境信息，对收集到的相关数据进行预处理和标准化处理，以确保数据的准确性和一致性。根据预处理的数据构建爆破环境对炮孔周围应力的影响模型，实施例利用数学逻辑将各因素与炮孔周围应力进行结合分析，通过回归方程、神经网络模型等方式，通过爆破环境和炮孔周围应力的数据，对构建的数学模型进行验证，确保模型的准确性和可靠性。

在本实施例中对爆破区域的地质数据和环境信息进行评估可知：爆破地质的抗拉强度越高，炮孔壁的应力越大。当炮孔壁的抗拉强度较高时，炮孔周围的岩石能够更好地承受爆破时产生的冲击力和拉伸力，从而减小炮孔壁的应力。相反，如果爆破地质的抗拉强度较低，炮孔周围的岩石容易发生拉伸破坏，导致炮孔壁的应力增大。

炮孔深度越深所产生的炮孔周围应力越大，炮孔深度增加会导致爆破时产生的能量更充分地传递到周围的岩石中，从而产生更大的应力。一方面能量传递：在爆破过程中，炸药爆炸产生的能量会通过爆轰波和爆炸气体迅速传递到周围的岩石中。当炮孔深度增加时，爆炸能量能够更充分地传递到更深的岩石中，导致炮孔周围岩石的应力增大。另一方面应力波传播：爆破时产生的应力波也会在炮孔周围传播。炮孔深度增加时，应力波会在更深的岩石中传播，使得炮孔周围岩石的应力增大。

爆破后炮孔周围的温度越高，炮孔周围岩石的物理性质可能会发生变化，这可能会导致炮孔周围应力的改变。当温度升高时，岩石的弹性模量和抗拉强度可能会降低，会导致炮孔周围的应力分布发生变化。此外，爆破后炮孔周围的温度可能影响岩石的蠕变和松弛性质。高温下，岩石的蠕变和松弛现象可能会更加明显，将会导致炮孔周围应力的降低。

炮孔壁的缩放系数越大，炮孔壁的应力也会越大。炮孔壁的缩放系数是指炮孔壁的直径缩放的比例。当炮孔壁的直径缩放时，炮孔壁的应力分布也会发生变化。如果炮孔壁的直径缩小，那么炮孔壁的应力会相应地增大，因为炮孔壁的受力面积减小了。相反，如果炮孔壁的直径扩大，那么炮孔壁的应力会相应地减小，因为炮孔壁的受力面积增大了。

在本实施例中主要通过爆破地质环境情况和炮孔相关特征对爆炸瞬时炮孔周围应力的作用情况进行分析。更进一步地，在其他一个或者一些实施例中对于炮孔参数和影响因素的设定和选取可以根据实际需求进行调整，以保证具体实施例分析内容和模拟结果的真实性。

其次，依据上述炮孔物理模型和上述爆破区域的地质数据和环境信息，构建周围振动效应的影响模型；通过上述周围振动效应的影响模型获得炮孔周围振动效应对炮孔周围应力的作用情况，且满足如下公式：

其中，表示炮孔周围振动效应对炮孔周围应力的影响程度，/>表示炮孔周围流体运动的影响权重，/>表示炮孔周围气体的密度，/>表示/>时刻炮孔周围流体的运动速度，表示/>时刻炮孔周围流体的运动速度，/>表示时刻/>，/>表示时刻/>，/>表示相邻时刻和/>之间的差值，/>表示炮孔周围振动效应的影响权重，/>表示炮孔周围的振动频率，/>表示/>时间内炮孔周围物质的位移距离。

在本实施例中对爆破区域的地质数据和环境信息进行评估可知：炮孔周围的气体密度增加会对炮孔周围物质产生更大的压力和振动影响，因为高密度气体可能会对炮孔周围物质产生更大的阻尼力和振动传递效果。

炮孔周围的流体运动速度一方面会对炮孔周围物质产生冲击力和振动频率的变化。高速运动的流体具有更大的动量和冲击力，可能会对炮孔周围物质产生更大的冲击力和更高的振动频率。另一方面会影响流体的动力性，从而影响流体对炮孔周围物质的振动传递效果。高速运动的流体可能会产生更大的阻尼力和振动传递效果，对炮孔周围物质的振动产生更大的影响。

炮孔周围的振动频率增加会对炮孔周围物质产生更大的振动影响，高频振动具有更大的能量和更强的振动传递效果。此外，由于炮孔周围物质的性质和结构的不同，对应的影响权重和作用程度也存在一定的差异，所以对炮孔振动产生不同的影响。

在本实施例中综合考虑到不同位置物质结构和性质差异对炮孔周围应力的影响，并考虑到不同位置爆破行为对炮孔周围压力的影响，减少周围炮孔点所造成的影响和误差，实施例中考虑在外界物质因素和自身爆破行为对炮孔周围应力的作用情况，考虑炮孔周围振动的影响情况，可以更好地控制爆破过程的爆炸振动强度和频率，降低振动引起的安全风险，保障爆破作业的安全，可以更好地优化爆破方案，提高爆破效率降低成本。

然后，基于爆破环节和炮孔周围振动效应的作用情况构建爆炸瞬时炮孔周围应力的预测模型；上述爆炸瞬时炮孔周围应力的预测模型，满足如下公式：

其中，表示爆炸瞬时炮孔周围的应力，/>表示爆破环境对炮孔周围应力的影响程度，/>表示爆破填充物的密度，/>表示爆炸时炮孔周围流体的速度，/>表示炮孔的横截面积，/>表示炮孔周围振动效应的影响程度。

在本实施例中基于爆破区域的地质数据和环境信息、爆破环节和炮孔周围振动效应的作用情况评估可知：高密度填充物在爆破时会产生较高的应力，而低密度填充物会产生较低的应力。高密度填充物在爆炸时会形成更高的压力波，导致更强的剪切力和拉伸力作用于炮孔内壁。因此，在爆破过程中，应根据实际情况选择爆破填充物的密度，以确保安全性和爆破效果。

爆炸时炮孔周围流体的速度越快，对周围物质的冲击和扰动越强烈，从而产生更大的应力场和更强的应力分布。此外，流体速度还与填充物的性质和密度有关，高密度填充物在爆炸时会形成更高的压力波和更快的流体速度，从而对炮孔周围的应力场和应力分布产生影响。

本实施例中基于爆破区域的爆破环境、周围振动效应和其他因素对爆炸瞬时炮孔周围应力的作用情况，进一步建立爆炸瞬时炮孔周围应力的预测模型。

综合考虑到爆破作业现场的地质情况、环境状况等因素对炮孔周围应力的影响程度，减少外界环境对炮孔周围应力的影响程度；由于炮孔内部填充物性质不同或者爆破物质的分布状况不一，所以炮孔内部不同高度，不同方向的应力不同，通过炮孔周围的流体速度和填充情况对炮孔周围的应力情况进行分析。上述作用情况可以为炮孔周围应力的预测提供指导依据和数据支撑，可以更准确地预测炮孔周围应力，从而提高爆破设计的精度和可靠性。

更进一步地，本实施例中爆炸瞬时炮孔周围应力预测模型的具体构建方法仅只是本发明一个可选条件，在其他一个或者一些实施例中可以根据爆破作业现场的具体情况对影响因素和分析方式进行更改，以保证最后炮孔周围应力结果的准确性和真实性。

S4、通过所述爆炸瞬时炮孔周围应力的预测模型分析爆炸瞬时的炮孔周围应力分布情况。

在本实施例中对上述炮孔物理模型进行网格模拟分割，得到多个爆炸炮孔分析点；利用上述爆炸瞬时炮孔周围应力的预测模型对上述多个爆炸炮孔分析点进行预测，并获得预测结果；依据上述预测结果分析爆炸瞬时的炮孔周围应力分布情况，其具体实施步骤和内容如下：

本实施例中依据爆破区域的地质数据和环境信息浇筑的大体积混凝土物理模型并对其进行网格模拟分割，实施例中可以采用专业的有限元软件或CAD软件对炮孔物理模型进行局部网格划分，将几何物理模型划分为一定数量的小网格，上述网格的大小、数量和形状根据炮孔模型情况而定，得到多个爆炸炮孔分析点；可以通过边界元法对关键炮孔区域或关键测试点附近的网格进行精细化处理，更好地还原物质分层、应力集中情况和边界效应等，上述细化层网格可以设置为多层，根据时机需要设置每层的厚度和材料属性。最后根据物理模型网格处理的优化结果，对混凝土物理模型进行优化设计，包括但不限于改变炮孔物理模型的几何形状、材料属性、约束条件和载荷能力等。

更进一步地，本实施例中所采用的网格处理方式和精细处优化办法可以根据实际情况选择一种或多种，以达到对关键预测区域或关注点附近网格的精细化处理，为之后的炮孔周围应力预测结果提供有力的技术支撑和理论支撑。

根据上述爆炸瞬时炮孔周围应力的预测模型对上述多个爆炸炮孔分析点进行预测，并获得预测结果。

基于S1中获取的爆破区域地质数据和环境信息，实施例在相关数据入库前通过统计方法、聚类方法等对地质数据和环境信息进行校验和过滤，检测出不符合规律的数据，删除重复数据、处理缺失值、统一数据格式等，对地质数据和环境信息进行转换，使得数据更加规范化和标准化。

在本实施例中使用部分数据对爆炸瞬时炮孔周围应力预测模型进行试验，然后基于爆炸瞬时炮孔周围应力预测模型的试验结果，调整预测模型的参数和结构以提高预测结果的精度。

将每个爆炸炮孔分析点的相关数据输入到爆炸瞬时炮孔周围应力的预测模型之中，得到相对应的应力预测结果；然后对每个爆炸炮孔分析点的预测结果进行分析，整合获得爆炸瞬时炮孔周围应力的分布情况，其中包括但不限于与已有数据相比较、异常值的检测等；更进一步可以根据每个爆炸炮孔分析点的预测结果，对炮孔位置、填充物性质以及炮孔结构等提供优化建议。

本实施例中为了进一步分析爆炸瞬时炮孔周围应力的分布情况；预设爆炸瞬时炮孔周围应力的特定分析方向；基于上述特定分析方向分析爆炸瞬时的炮孔周围应力分布情况，其具体实施内容如下：

上述特定分析方向请参见图3，图示中3表示物理模型的爆破炮孔，6表示物理模型炮孔的网格处理，7表示物理模型的一个爆炸炮孔分析点，x表示坐标轴x方向上的炮孔应力，Y表示坐标轴Y方向上的炮孔应力,Z表示坐标轴Z方向上的炮孔应力，且上述爆炸瞬时炮孔周围的应力满足如下关系：

其中，表示爆炸瞬时炮孔周围的应力，/>表示在x轴方向上的炮孔应力，/>表示在y轴方向上的炮孔应力，/>表示在z轴方向上的炮孔应力。

本实施例中通过预设特定分析方向对爆炸炮孔分析点进行应力分析，以各爆炸炮孔分析点中部为中心，将各爆炸炮孔分析点的应力分解在x轴、y轴和z轴方向上，基于此可以得到炮孔各位置在不同深度、不同角度以及不同方向的应力分布情况；将各爆炸炮孔分析点的应力情况进行整合分析，数据归一化以及相关性分析便可获得炮孔周围的应力分布情况和相关变化趋势，并以此确保了相关数据的准确性和可信度。

基于特定分析方向对炮孔周围应力进行分析，可以更准确地了解爆炸瞬间炮孔周围的应力变化情况。对于理解爆炸对炮孔的影响、预测炮孔的损伤程度以及优化炮孔设计都具有重要的意义，设定特定分析方向可以忽略一些次要的应力变化因素，使分析更加聚焦，从而提高应力分析的效率。这有助于更快地得出有意义的分析结果，为炮孔周围应力的分布情况提供支持。

更进一步地，本实施例中预设特定分析方向的方法仅为本发明的一个可选条件，在炮孔周围应力分析中具有诸多优势，能够提供更准确、高效、具体和有针对性的分析结果，为炮孔的优化设计和安全性评估提供重要的参考，在其他实施例中对于炮孔周围应力的分析方式和具体步骤可以根据实际需求进行更调整，以保证爆炸瞬时炮孔周围应力预测方法的科学性。

其中，表示在x轴方向上的炮孔应力，x轴方向上的应力情况满足如下关系：

其中，表示在x轴方向上的炮孔应力，/>表示爆炸瞬时炮孔周围的应力，/>表示测量误差系数，/>表示作用力方向与x轴的夹角，/>表示流动动力的粘度，/>表示炮孔的初始动能。

实施例中随着作用力方向与x轴夹角的增大，x轴方向上的应力会相应增大，当作用力方向与x轴的夹角为0度时，即作用力沿x轴正方向或负方向作用在炮孔上时，炮孔只在x轴方向上受到应力，而在其他方向上受到的应力为零；但在夹角超过90度时，x轴方向上的应力会变小。因此在分析炮孔周围应力分布情况时，需要考虑作用力方向与x轴的夹角对于炮孔周围应力的影响。

流动动力的粘度属于阻力的一种，它反映了流体抵抗流动的能力。当流体的粘度发生变化时，x轴方向上的炮孔应力也会发生变化。当流体的粘度增加时，x轴方向上的炮孔应力也会增加。由于粘度的增加炮孔周围的内部阻力也会增大，为了维持流速不变，炮孔周围的压力随之增大，最终将导致炮孔的应力变大。粘度的增加会导致炮孔周围应力增加，而粘度的减小会导致炮孔周围应力减小。

炮孔的初始动能对x轴方向上的炮孔应力也有影响，当炮孔的初始动能增加时，爆炸的初速度和穿透能力增强，炮孔受到的后坐力也会相应增大，从而导致x轴方向上的炮孔应力增加。相反，当炮孔的初始动能减小时，炮弹的初速度和穿透能力降低，炮孔受到的后坐力也会减小，从而导致x轴方向上的炮孔应力减小。

更进一步地，本实施例中所采取了分析因素和模型参数仅为本发明的一个可选条件，有利于进一步分析炮孔周围的应力分布情况，在其他一个或者一些实施例中可以根据具体的实施要求，对应力分析方法进行改变，以保证最后炮孔周围应力预测结果的准确性。

其中，表示在y轴方向上的炮孔应力，y轴方向上的应力情况满足如下关系：

其中，表示在y轴方向上的炮孔应力，/>表示爆炸瞬时炮孔周围的应力，/>表示测量误差系数，/>表示作用力方向与y轴的夹角，/>表示流动动力的粘度，/>表示炮孔的初始动能。

本实施例中测量误差系数指的是在测量过程中存在着的误差值，它直接反映了测量结果的准确性和可靠性，测量误差导致炮孔位置的偏移，造成炮孔的结构发生变化，最后影响炮孔周围应力的大小和分布。此外，测量误差导致炮弹的弹道偏差，可能会导致炮弹对炮孔的冲击载荷出现偏差，进而影响炮孔周围应力的分布情况。

其中，表示在z轴方向上的炮孔应力，z轴方向上的应力情况满足如下关系：

其中，表示在z轴方向上的炮孔应力，/>表示爆炸瞬时炮孔周围的应力，/>表示测量误差系数，/>表示作用力方向与x轴的夹角，/>表示流动动力的粘度，/>表示炮孔的初始动能，/>表示作用力方向与y轴的夹角。

基于x轴和y轴求解z轴爆炸瞬时炮孔的应力情况，利用三维空间研究爆炸炮孔分析点的应力分布情况，基于此可以更全面地分析炮孔的应力状态。在三维空间中分析炮孔周围应力的分布情况，可以清晰地展示在不同方向上炮孔的受力情况，更准确地分析炮孔周围应力的分布和变化趋势，从而更好地评估炮孔的强度和安全性。

本实施例中通过所上述特定应力分析方向获得x轴方向上的炮孔应力，y轴方向上的炮孔应力以及z轴方向上的炮孔应力；基于上述x轴方向上的炮孔应力，y轴方向上的炮孔应力以及z轴方向上的炮孔应力分析爆炸瞬时的炮孔应力分布情况。

综合考虑以上三个方向上的炮孔应力分布情况，将x轴，y轴和z轴方向上的炮孔应力情况导入有限元软件中，使用软件的可视化功能，观察和分析爆炸瞬时炮孔周围的应力分布情况。查看炮孔周围应力峰值的位置和大小、了解应力分布的特征信息等。根据炮孔周围应力的分布情况，进一步评估炮孔的强度，对炮孔的设计和制造工艺进行优化，以提高炮孔的性能和可靠性。

通过分解爆炸炮孔分析点的应力情况，一方面得到不同方向上的应力情况。可以更全面地了解炮孔的应力状态，更准确地预测不同方向上的应力分布和变化趋势，这对于预测炮孔的疲劳寿命和评估其可靠性具有重要意义。另一方面通过炮孔周围应力的分解，可以更精细地优化炮孔的设计和制造工艺。了解炮孔在不同方向上的应力分布，可以进一步了解炮孔的受力特点，优化设计和制造流程，提高炮孔的实用性能。

更进一步地，本实施例中炮孔周围应力的分析方法仅为本发明的一个可选条件，利于获得更全面、更准确、更精细的炮孔周围应力分析结果，这对于炮孔的设计、制造和使用都具有重要意义，在其他一个或者一些实施例中可以根据具体的实施要求对应力分析方法进行更改，以保证应力分布和变化趋势结果的准确性。

在本实施例中预测并研究了爆炸瞬时炮孔周围的应力分布情况，并分析爆破炮孔在不同深度、不同方向以及不同工况下的应力分布，上述对炮孔的结构设计、制造、使用和维护都具备重要的价值和意义，评估爆破炮孔在不同工况下的应力分布情况，可以有效提升炮孔的性能和可靠性水平，同时确保炮孔使用的安全性和可靠性。

请参见图4，在一个可选的实施例中，为能够高效地执行本发明所提供的爆炸瞬时炮孔周围应力预测方法，本发明还提供了爆炸瞬时炮孔周围应力预测系统，本发明还提供了一种爆炸瞬时炮孔周围应力预测系统，所述系统包括处理器、输入设备、输出设备和存储器，所述处理器、输入设备、输出设备和存储器相互连接，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令，执行如本发明所提供的爆炸瞬时炮孔周围应力预测方法相关实施例的具体步骤。本发明的爆炸瞬时炮孔周围应力预测系统，结构完整、客观稳定，能够高效地执行本发明的爆炸瞬时炮孔周围应力预测方法，提升本发明整体适用性和实际应用能力。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (6)

1.一种爆炸瞬时炮孔周围应力预测方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取地质数据和环境信息，所述地质数据和所述环境信息来源于爆破区域；

依据所述地质数据和所述环境信息设计物理模型，所述物理模型用于模拟炮孔周围的岩体状况；

根据所述物理模型、所述地质数据和所述环境信息，建立爆炸瞬时炮孔周围应力的预测模型；

通过所述预测模型预测爆炸瞬时炮孔周围的应力分布情况；

根据所述物理模型、所述地质数据和所述环境信息，探究爆炸瞬间炮孔周围应力的影响因素和作用情况；

基于所述影响因素和所述作用情况建立爆炸瞬时炮孔周围应力的预测模型；

所述根据所述物理模型、所述地质数据和所述环境信息，探究爆炸瞬间炮孔周围应力的影响因素和作用情况包括：

根据所述物理模型、所述地质数据和所述环境信息，构建爆破环境对炮孔周围应力的影响模型；

通过所述爆破环境对炮孔周围应力的影响模型获得爆破环境对爆炸瞬时炮孔周围应力的作用情况，且满足如下公式：

，

其中，表示爆破环境对炮孔周围应力的影响程度，/>表示爆破地质的抗拉系数，/>表示炮孔的深度，/>表示爆破地质的稳固系数，/>表示爆破后炮孔周围的平均温度，/>表示炮孔周围的温度差，/>表示炮孔壁的缩放系数；

所述根据所述物理模型、所述地质数据和所述环境信息，探究爆炸瞬间炮孔周围应力的影响因素和作用情况包括：

依据所述物理模型、所述地质数据和所述环境信息，构建周围振动效应的影响模型；

通过所述周围振动效应的影响模型获得周围振动对爆炸瞬时炮孔周围应力的作用情况，且满足如下公式：

，

其中，表示炮孔周围振动效应对炮孔周围应力的影响程度，/>表示炮孔周围流体运动的影响权重，/>表示炮孔周围气体的密度，/>表示/>时刻炮孔周围流体的运动速度，/>表示/>时刻炮孔周围流体的运动速度，/>表示时刻/>，/>表示时刻/>，/>表示相邻时刻/>和/>之间的差值，/>表示炮孔周围振动效应的影响权重，/>表示炮孔周围的振动频率，/>表示/>时间内炮孔周围物质的位移距离；

所述基于所述影响因素和所述作用情况建立爆炸瞬时炮孔周围应力的预测模型包括：

基于爆破环境和炮孔周围振动效应对爆炸瞬时炮孔周围应力的作用情况构建爆炸瞬时炮孔周围应力的预测模型；

所述预测模型，满足如下公式：

，

其中，表示爆炸瞬时炮孔周围的应力，/>表示爆破环境对炮孔周围应力的影响程度，/>表示爆破填充物的密度，/>表示爆炸时炮孔周围流体的速度，/>表示炮孔的横截面积，/>表示炮孔周围振动效应的影响程度。

2.根据权利要求1所述的爆炸瞬时炮孔周围应力预测方法，其特征在于，所述通过所述预测模型预测爆炸瞬时炮孔周围的应力分布情况包括：

将所述物理模型进行网格模拟分割，得到多个爆炸炮孔分析点；

利用所述预测模型对所述多个爆炸炮孔分析点进行分析并获得爆炸炮孔分析点周围应力的预测结果；

依据所述预测结果预测爆炸瞬时的炮孔周围应力分布情况。

3.根据权利要求2所述的爆炸瞬时炮孔周围应力预测方法，其特征在于，所述依据所述预测结果预测爆炸瞬时的炮孔周围应力分布情况包括：

预设爆炸瞬时炮孔周围应力的特定分析方向；

基于所述特定分析方向分析爆炸瞬时的炮孔周围应力分布情况。

4.根据权利要求3所述的爆炸瞬时炮孔周围应力预测方法，其特征在于，所述基于所述特定分析方向分析爆炸瞬时的炮孔周围应力分布情况包括：

所述特定分析方向，满足如下关系：

，

其中，表示爆炸瞬时炮孔周围的应力，/>表示在x轴方向上的炮孔应力，/>表示在y轴方向上的炮孔应力，/>表示在z轴方向上的炮孔应力。

5.根据权利要求4所述的爆炸瞬时炮孔周围应力预测方法，其特征在于，所述通过所述预测模型预测爆炸瞬时炮孔周围的应力分布情况包括：

通过所述特定分析方向获得x轴方向上的炮孔应力，y轴方向上的炮孔应力以及z轴方向上的炮孔应力；

基于所述x轴方向上的炮孔应力，所述y轴方向上的炮孔应力以及所述z轴方向上的炮孔应力分析爆炸瞬时的炮孔周围应力分布情况。

6.一种爆炸瞬时炮孔周围应力预测系统，其特征在于，系统包括处理器、输入设备、输出设备和存储器，所述处理器、输入设备、输出设备和存储器相互连接，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令，执行如权利要求1-5任一项所述的爆炸瞬时炮孔周围应力预测方法。