不同金属射流强度下破岩效果研究

【摘要】： 本论文研究的是在不同射流强度下对岩石的破坏效应。与以往开展的小孔径聚能射流破岩效应研究相比,本研究更加复杂。由于在高速射流冲击荷载作用下,岩石的破坏效应是瞬间完成的,这样很难利用实验设备或照像器材观测到,而且大孔径药柱所采用的炸药类型、平面结构参数、起爆器材都不同于小孔径,其平面射流破岩特征也不同于小孔径条件下的破坏特征。本论文应用理论分析与计算机模拟相结合的方法开展研究,在理论分析过程中,综合运用射流理论、损伤理论和分形理论分析岩石的动态破坏(裂隙生成)过程;在利用计算机模拟过程中通过改变射流参数,对不同射流强度下岩石的破坏特征进行效果对比,通过对比找出规律,从而分析出岩石裂隙与射流强度的动态相应关系。通过多次计算机模拟确定的最佳破坏效果所对应的最佳射流参数,利用最佳射流参数进行现场试验,从而反向验证计算机模拟效果的准确性。至此也就解决了本项目的关键问题。 本文应用大型有限元软件ANSYS＼LS—DYNA对不同聚能射流强度下岩石破坏效果进行数值模拟研究。数值模型由金属射流、岩体两部分组成,其中金属射流材料采用欧拉网格建模,岩体采用拉格朗日网格建模。本文中岩体采用*MAT_PLASTIC_KINEMATIC,可在一定程度上模拟岩石破碎现象。数值模型采用cm-g-μs单位制。 针对聚能射流对岩石的侵切破坏,本文对聚能金属射流选用八种不同速度级别,分别为:600m/s,1000m/s,1400m/s,1800m/s,2100m/s,2300m/s,2400m/s,3000m/s。岩石选用砂岩,大理岩和花岗岩。应用有限元软件ANSYS＼LS—DYNA对破坏过程进行数值模拟,此三种岩石在这八种不同聚能射流速度下即不同射流强度下的侵切破坏效果不同,通过对比分析聚能射流对砂岩的侵切破坏深度,揭示出不同聚能射流强度与侵切深度之间的对应关系。应用线性回归建立速度与侵切深度之间的二维关系曲线。从而揭示出不同聚能射流强度下的破岩效果。