十字开槽正拱型爆破片爆破性能影响因素研究.pdf

工程爆破 E N G I N E E R I N GB L A S T I N G 2 0 2 3年8月第2 9卷第4期E n g i n e e r i n gB l a s t i n g工程爆破,2 0 2 3,2 9(4):1 1 4-1 2 1文章编号:1 0 0 6-7 0 5 1(2 0 2 3)0 4-0 1 1 4-0 8收稿日期:2 0 2 2-1 0-2 7基金项目:国家自然科学青年基金资助项目(1 1 9 0 2 3 6 9)作者简介:鲁寨军(1 9 7 5-),男,博士,教授,从事冲击动力学方面的教学与研究。E-m a i l:q l z j z d c s u.e d u.c n通信作者:刘杰夫(1 9 9 2-),男,博士,讲师,从事冲击动力学方面的研究。E-m a i l:l i u j i e f u c s u.e d u.c n十字开槽正拱型爆破片爆破性能影响因素研究鲁寨军1,2,3,冯书颖1,2,3,刘杰夫1,2,3,王 灿1,2,3,姚术健1,2,3(1.轨道交通安全教育部重点实验室,长沙4 1 0 0 7 5;2.轨道交通安全关键技术国际合作联合实验室,长沙4 1 0 0 7 5;3.轨道交通列车安全保障技术国家地方联合工程研究中心,长沙4 1 0 0 7 5)摘 要:十字开槽正拱型爆破片具有动作响应及时、抗疲劳性能良好等优点,其结构参数是爆破性能的重要影响因素,在选定材料、直径及释放口径的情况下,拱高及十字减弱槽的相关参数对爆破压力的影响值得研究。建立十字开槽正拱型爆破片的有限元模型,并通过动态试验验证了仿真模型的可靠性;选择合适的正交试验表格,取拱高、槽宽、槽深3个参数的5个水平进行仿真分析;通过方差分析法确定各参数对爆破压力影响的敏感性,对爆破压力的影响力大小排序依次是槽深拱高槽宽,分析槽深与厚度的比值及拱面曲率半径与爆破压力之间的关系,并拟合为适用于文中研究范围内十字开槽正拱型爆破片的爆破压力计算公式,该公式可用于同类爆破片的爆破压力计算。关键词:爆破片;敏感性分析;结构参数;爆破性能中图分类号:O 3 8 9;T D 2 3 5 文献标志码:A d o i:1 0.1 9 9 3 1/j.E B.2 0 2 2 0 2 7 9S t u d yo nt h e f a c t o r s i n f l u e n c i n g t h eb u r s t i n gp e r f o r m a n c eo fd o m e dc r o s s-s c o r e dr u p t u r ed i s c sL UZ h a i-j u n1,2,3,F E N GS h u-y i n g1,2,3,L I UJ i e-f u1,2,3,WA N GC a n1,2,3,Y A OS h u-j i a n1,2,3(1.K e yL a b o r a t o r yo fT r a f f i cS a f e t yo nT r a c k,M i n i s t r yo fE d u c a t i o n;C h a n g s h a4 1 0 0 7 5,C h i n a;2.J o i n t I n t e r n a t i o n a lR e s e a r c hL a b o r a t o r yo f K e yT e c h n o l o g y f o rR a i l T r a f f i cS a f e t y,C h a n g s h a4 1 0 0 7 5,C h i n a;3.N a t i o n a l&L o c a l J o i n tE n-g i n e e r i n gR e s e a r c hC e n t e ro fS a f e t yT e c h n o l o g yf o rR a i lV e h i c l e,C h a n g s h a4 1 0 0 7 5,C h i n a)A b s t r a c t:D o m e dc r o s s-s c o r e dr u p t u r ed i s c sh a v et h ea d v a n t a g e so ft i m e l ya c t i o nr e s p o n s ea n dg o o df a t i g u er e s i s t a n c e.I t ss t r u c t u r a lp a r a m e t e r sa r ea ni m p o r t a n tf a c t o ra f f e c t i n gt h eb l a s t i n gp e r f o r m a n c e.W i t ht h em a t e r i a l,d i a m e t e ra n dr e l e a s ed i a m e t e ra l r e a d yd e t e r m i n e d,t h ed o m eh e i g h t a n dp a r a m e t e r sr e l a t e dt ot h ew e a k e n i n gs c o r eh a v eag r e a t i n f l u e n c eo nt h eb u r s t i n gp r e s s u r ea n da r ew o r t h yo f f u r t h e r r e s e a r c ha n de x p l o r a t i o n.T h e f i n i t ee l e m e n tm o d e l o f t h ec r o s s-s l o t t e dp o s i t i v ea r c h e dr u p t u r ed i s cw a s e s t a b l i s h e d,a n d t h e r e l i a b i l i t yo f t h e s i m u l a t i o nm o d e lw a sv e r i f i e db yd y n a m i c t e s t s;a na p p r o p r i a t eo r t h o g o n a l t e s t t a b l ew a s s e l e c t e d,a n d f i v e l e v e l so f t h e t h r e ep a r a m e t e r so f d o m eh e i g h t,s c o r ew i d t ha n ds c o r ed e p t hw e r es e l e c t e d.T h e s e n s i t i v i t yo f e a c hp a r a m e t e r t o t h eb l a s t i n gp r e s s u r ew a sd e t e r m i n e db y t h ev a r i a n c ea n a l y s i sm e t h o d.T h eo r d e ro ft h e i n f l u e n c eo nt h eb l a s t i n gp r e s s u r e i ss c o r ed e p t h d o m eh e i g h t s c o r ew i d t h.T h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h er a t i oo fs c o r ed e p t ht o t h i c k n e s s a n d t h e r a d i u s o f c u r v a t u r e o f t h e a r c hs u r f a c e a n d t h eb u r s t p r e s s u r ew a s a n a l y z e d,a n d i tw a s f i t t e d t o t h eb u r s tp r e s s u r e c a l c u l a t i o n f o r m u l a s u i t a b l e f o r t h ed o m e dc r o s s-s c o r e dr u p t u r ed i s c sw i t h i nt h e s c o p eo f t h i s s t u d y.K e yw o r d s:r u p t u r ed i s c s;s e n s i t i v i t ya n a l y s i s;s t r u c t u r a l p a r a m e t e r s;b u r s t i n gp e r f o r m a n c eh t t p:/g c b p.c b p t.c n k i.n e tA u g u s t 2 0 2 3|E n g i n e e r i n gB l a s t i n g|V o l.2 9,N o.4 爆破片装置是防止压力设备发生超压破坏的主要安全泄放装置之一,具有加工工艺简单、无泄漏等优点,分为平板形、正拱形和反拱形3种形状。其中正拱形爆破片具有疲劳寿命好、响应过程迅速等优势,合理设计的十字形减弱槽可使爆破片发生爆破时做到无碎片飞溅,且可通过改变减弱槽的相关结构参数方便地调控爆破片爆破压力。国内外研究人员针对爆破片的形状、结构参数等对爆破片性能的影响开展了诸多研究。鲁寨军等1通过试验和仿真相结合的方式对十字开槽平板型爆破片的打开过程及影响因素进行了研究;K a n e k oW等2-4发现膜片厚度一定时,爆破压力随槽深的减小而线性增加,并利用高速摄影成功捕捉到了膜片的开口过程;K o n gX等5对正拱形爆破片的实际液压成形过程进行了研究,得到了正拱形爆破片的拱高与加工时的加载速率的关联性,进而分析了拱高对爆破性能的影响;闫照锋6研究了减弱槽的形状、长度等结构参数对正拱开槽形爆破片爆破压力的影响;罗代明等7使用了非线性屈曲分析的方法对爆破片爆破压力进行了近似估算,得到了相应的公式;J e o n gJY等8使用有限元分析法研究爆破压力与爆破片厚度及减弱槽深度之间的关系;L e eD W等9研究了曲率半径、有无减弱槽和膜片厚度对爆破片开启时间的影响;徐明等1 0采用数值模拟的方法探索了不同尺寸但相同厚径比的金属膜片在产生裂纹时所需压强大小的变化规律。目前,针对正拱形爆破片爆破性能影响因素的研究已较为系统,但通常仅针对单一因素开展,难以满足工程场景下多因素的设计指导。利用有限元仿真,结合正交试验设计及参数敏感性分析方法,得到十字开槽正拱型爆破片爆破压力不同影响因素的灵敏度。1 十字开槽正拱型爆破片几何及结构参数正拱形爆破片相对于平板形爆破片,响应更加迅速且疲劳性能更好,应用范围广泛。十字开槽正拱型爆破片由正拱形膜片及十字交叉形减弱槽构成,减弱槽各槽参数一致,角度为9 0。爆破片主要结构尺寸有总直径D、释放口径S、拱高H、有效厚度T、槽深V、槽宽W等关键参数,爆破片膜片总厚度N=T+V,结构如图1所示,材料使用耐蚀性及成形性优良的3 0 4不锈钢。图1 十字开槽正拱型爆破片结构及夹持F i g.1 D o m e dc r o s s-s c o r e dr u p t u r ed i s cs t r u c t u r ea n dc l a m p i n gd e v i c e选取2片参数不同的十字开槽平板型爆破片,将拱高改为1 0mm后得到相对应的另外2片十字开槽正拱型爆破片,形成平板和拱形爆破片的2个对照组,对两组爆破片在相同动态工况下的爆破压力进行仿真模拟,得到结果如图2所示。由图2可知,十字开槽正拱型爆破片比十字开槽平板爆破片爆破压力更大。在实际使用中,正拱形爆破片较平板形爆破片疲劳寿命更长,可以更好地适用于长时间工作的情况6。图2 不同拱高的十字开槽爆破片爆破压力对比F i g.2 C o m p a r i s o no fb u r s t i n gp r e s s u r eo f c r o s s-s c o r e dr u p t u r ed i s c sw i t hd i f f e r e n t a r c hh e i g h t s影响十字开槽正拱型爆破片爆破压力的因素较多,文中主要研究爆破压力与爆破片自身结构511第4期鲁寨军,等:十字开槽正拱型爆破片爆破性能影响因素研究E n g i n e e r i n gB l a s t i n g工程爆破,2 0 2 3,2 9(4):1 1 4-1 2 1尺寸之间的关系,十字开槽正拱型爆破片与平板爆破片在结构尺寸方面不同的影响因素有:槽体参数、爆破片有效厚度、爆破片拱高等,其中有效厚度与槽深和总厚度有关,因此,选取与十字开槽正拱型爆破片特点关联性较高的3个主要参数,即槽深、槽宽、拱高,进行结构参数分析。2 有限元模型2.1 模型建立建立十字开槽爆破片的有限元模型(见图3),通过导入A B AQU S有限元软件进行分析,爆破片模型的网格生成采用六面体八节点单元C 3 D 8 R,最小网格边长为0.2mm。图3 十字开槽正拱型爆破片及其有限元模型F i g.3 D o m e dc r o s s-s c o r e dr u p t u r ed i s ca n df i n i t ee l e m e n tm o d e l在A B AQU S有限元模拟软件平台上,材料的塑性行为采用真实应力-应变曲线进行模拟,依据文献中关于3 0 4不锈钢的材料实验数据,得到其真实应力-应变数据如表1所示1 1。表1 3 0 4不锈钢塑性材料数据T a b l e1 3 0 4s t a i n l e s ss t e e l p l a s t i cm a t e r i a l d a t a应力/MP a应变应力/MP a应变1 5.4 403 5 8.7 60.1 3 37 8.0 30.0 2 24 5 1.5 00.2 1 21 3 7.9 20.0 3 94 9 7.6 70.2 7 02 2 2.5 60.0 6 25 3 8.6 30.4 2 82 7 7.0 30.0 8 25 6 8.5 80.5 0 83 2 3.4 10.1 0 75 7 1.2 80.6 3 8 爆破片爆破的过程实际是金属材料的断裂过程,因此在有限元模型中不仅要定义金属材料的弹塑性本构模型,还需要使用适合3 0 4不锈钢的断裂 准 则,A B AQU S中 提 供 了 典 型 的D u c t i l ed a m a g e和J o h n s o n-C o o kd a m a g e以模拟金属材料在延性断裂过程中产生断裂损伤的过程。D u c t i l ed a m a g e称为塑性损伤起始准则,是一种预测由塑性金属中孔洞的形核、生长和聚结引起的损伤开始的模型,其假定断裂开始时的等效塑性应变p lD是 等 效 塑 性 应 变 率 和 应 力 三 轴 度 的 函 数:p lD(,p lD)。应力三轴度的定义是平均应力与M i s e s等效应力之比,即:=-p/q(1)其中:p=13(1+2+3)q=(1-2)2+(2-3)2+(1-3)22式中:为应力三轴度;p为平均应力;q为M i s e s等效应力;1、2、3为3个主应力。p lD为等效塑性应变,当满足以下条件时,单元到达损伤起始的标准:D=dp lp l(,p l)=1(2)式中:D是随塑性变形单调增加的状态变量,在分析过程中的增量 D计算为 D=p lp l(,p l)0(3)J.D e a n1 2等在使用A B AQU S软件模拟弹丸撞击3 0 4不锈钢板的过程中,将D u c t i l ed a m a g e中的应力三轴度假定为1/3,这种假设把不锈钢板当作壳体进行处理,可以将复杂的应力状态简化为平面应力问题,并通过试验验证了此断裂准则的合理性。基于此,文中在定义3 0 4不锈钢的断裂应变时,将应力三轴度定为1/3。为了减少计算量并控制夹持圆角对结果的影响,对夹持器进行了简化处理,使用刚体薄壳结构简化上下夹持器,上夹持器的直径为横截面上外球面与爆破片平面相交的两点之间的距离,即图1中MN两点之间的距离;下夹持器直径为释放口径S,并对简化后的夹611工程爆破 E NG I N E E R I NGB L A S T I N G 第2 9卷h t t p:/g c b p.c b p t.c n k i.n e tA u g u s t 2 0 2 3|E n g i n e e r i n gB l a s t i n g|V o l.2 9,N o.4持器施加固定约束,在与爆破片的接触面之间设有面-面接触,接触属性包括:接触面之间的法向作用和切向作用,法向作用使用默认设置,即硬接触(H a r dC o n t a c t),表示夹持器与爆破片之间能够传递的接触压力无大小限制,但当接触压力小于或等于零时两接触面发生分离;切向作用选择的摩擦模型为R o u g h,一旦接触后无任何滑动。载荷均匀施加于拱面内侧,如图4所示的载荷曲线的大小和加压速率取自试验中的压力变化曲线,以图中A点(1 0 3.5 6 64,5.3 9 0)为 初 始 点,B点(1 0 3.5 8 3 1,5 6.6 4 8)为参考点,按照A B段的压力曲线斜率设置加压载荷,B点以后的压力值按A B点之间的斜率递增,使用此加压速率来获得十字开槽正拱型爆破片的动态爆破压力。图4 试验压力时间F i g.4 T e s tp r e s s u r e-t i m e2.2 模型验证十字开槽正拱型爆破片有多种加工方式,如由平板开槽形爆破片预拱而成,或是由平板材料预拱后再进行刻槽处理,但由于冷变形对材料屈服强度增加的作用明显,这2种加工方式不仅会影响爆破压力的稳定性,且加工剩余厚度较小、拱高较高的十字开槽正拱型爆破片精度较低,而铣削加工可以降低加工硬化的影响,也可以提高各结构参数的精度,所以文中选择铣削加工、拱高为零的十字开槽爆破片即十字开槽平板型爆破片进行模型验证,所使用的十字开槽爆破片具体参数如表2所示。表2 十字开槽爆破片结构参数T a b l e2 C r o s s-s c o r e dr u p t u r ed i s cs t r u c t u r a l p a r a m e t e r s(mm)结构参数直径释放口径总厚度剩余厚度槽深槽宽拱高试样6 62 03.41.91.530 采用自主搭建的如图5所示的试验平台对此爆破片进行动态爆破试验,进一步建立此爆破片的有限元仿真模型,根据试验中相同的升压曲线对仿真模型进行动态爆破模拟。仿真分析结果与试验结果如表3所示,由表中数据可以看出,在爆破压力上仿真相对于试验的误差小于5%,在爆破时间上误差均小于1 0%,仿真结果具有可靠的精度。如图6所示,爆破后爆破片的破裂失效形态与仿真结果重合性也较高,因此模型具有一定的可靠性。图5 现场动态爆破试验平台F i g.5 D y n a m i cb l a s t i n gt e s tp l a t f o r mi nf i e l d表3 爆破片仿真与试验爆破时间及压力对比T a b l e3 R u p t u r ed i s cs i m u l a t i o na n dt e s tb u r s t t i m ea n dp r e s s u r ec o m p a r i s o n试验爆破时间/m s仿真爆破时间/m s误差/%试验爆破压力/MP a仿真爆破压力/MP a误差/%试验11 6.9 61 6.7 01.5 65 8.15 6.62.6 5试验21 5.8 11 6.7 05.3 35 5.95 6.61.3 5试验31 5.9 91 6.7 04.2 55 4.75 6.63.3 6711第4期鲁寨军,等:十字开槽正拱型爆破片爆破性能影响因素研究E n g i n e e r i n gB l a s t i n g工程爆破,2 0 2 3,2 9(4):1 1 4-1 2 1图6 爆破片仿真与试验失效形态对比F i g.6 C o m p a r i s o no f r u p t u r ed i s cs i m u l a t i o na n dt e s t f a i l u r ep a t t e r n s3 影响因素关联性分析影响十字开槽正拱型爆破片爆破性能的因素有很多,为了全面分析不同影响因素对爆破性能的影响,需要进行大量的仿真计算,可以通过合适的试验设计方法来减少试验次数,并应用极差分析、方差分析等方法对试验结果进行灵敏性分析,研究爆破性能的影响因素关联性。3.1 试验设计选择结构参数中的槽宽W、槽深V和拱高H进行分析,探究这3个因素对爆破压力的影响及其敏感性,保持其余结构参数不变,取总直径D=6 6mm、释放口径S=4 0mm、总厚度N=3.4mm,而槽宽、槽深、拱高3个因素的取值需先选择合理使用范围内接近最大值和最小值的2个数据,并在2个数据之间取等间距的3个值,共选择5个水平。所选具体数值如表4所示。表4 正交水平参数T a b l e4 O r t h o g o n a l l e v e l p a r a m e t e r s水平因子W/mmV/mmH/mm121622.51.583321 043.52.51 25431 4 每个结构参数选取了等间距的5个水平,需要选取一个3因素5水平的正交试验表格,L2 5(56)符合要求,而且试验次数比较少,该表格可以选取6个因素,两列之间可以任意互换,不影响结果,不考虑互交性,选取前三列进行三因素正交试验。按照L2 5(56)正交试验表格顺序,依次修改结构参数的大小,分别进行动态爆破仿真试验,将试验结果填入正交表格中,记录的结果如表5所示。表5 正交试验参数T a b l e5 O r t h o g o n a l t e s tp a r a m e t e r s试验编号W/mmV/mmH/mm爆破压力/MP a12361 4.52211 08 6.7321.51 47 2.342284 5.9522.51 23 1.562.531 41 4.872.5188 4.382.51.51 27 0.992.5264 4.41 02.52.51 03 0.61 1331 21 4.31 23168 3.51 331.51 07 0.81 4321 45 2.41 532.582 9.81 63.531 01 4.81 73.511 49 0.61 83.51.586 6.51 93.521 25 1.32 03.52.562 9.62 14381 5.52 2411 29 0.02 341.566 4.22 4421 04 9.92 542.51 43 3.63.2 正交试验结果分析从应力形变云图可以直观地看出十字开槽正拱型爆破片断裂失效的过程,2号样本随时间变化的形貌如图7所示。图7 十字开槽正拱型爆破片应变云图F i g.7 D o m e dc r o s s-s c o r e dr u p t u r ed i s c ss t r a i nc l o u d811工程爆破 E NG I N E E R I NGB L A S T I N G 第2 9卷h t t p:/g c b p.c b p t.c n k i.n e tA u g u s t 2 0 2 3|E n g i n e e r i n gB l a s t i n g|V o l.2 9,N o.4在爆破片达到屈服应力之前,最大应力主要出现在释放口径的边缘以及球面最高点。在t=8.7 5m s时,爆破片承压区域突破屈服极限,减弱槽区域应力逐渐增大,形变量逐渐增大,最大应力从减弱槽交汇点沿槽逐渐扩散,随后最大应力点集中于拱面内侧沿减弱槽分布;从t=2 6.5m s开始,减弱槽从拱形内侧产生十字裂纹,拱面裂为4瓣,并在压力作用下持续打开,完成十字开槽正拱型爆破片的断裂失效过程。在上述试验中,由于每次试验的影响因素都有不相同的组合,所得的爆破压力值也都不相同,所以对结果进行单独观察无法判断某一影响因素的重要性。正交表的正交性可以做到判断一个影响因素对目标结果的影响,将同一水平的影响因素所得的结果相加,然后计算平均值,可以认为这个平均值就是目标结果在此影响因素该水平时的结果。槽宽、槽深和拱高各水平所对应的爆破压力均值如图8所示。由图8可知,随着槽宽的增加,爆破压力的均值有小幅度的变化,但变化幅度均小于3%。十字开槽正拱型爆破片发生断裂失效时,损伤首先出现于拱顶最高处,即2条减弱槽交汇处,一定范围内的减弱槽宽度发生变化对断裂损伤的影响较小。槽深的增加会使爆破压力呈明显下降的趋势,槽深每增加0.5mm,平均爆破压力减小约1 8.2 4MP a,在总厚度一定的情况下,槽深增加则有效厚度减小,整体结构强度降低,抵抗变形的能力也会大幅度减弱,爆破压力也会大幅度降低;爆破压力随拱高的增加而增加,铣削加工的十字开槽正拱型爆破片拱面为球冠,拱高的变化会使拱面的曲率半径也随之发生改变,曲率半径与拱高及释放口径的关系为R=4H2+S28H(4)曲率半径越小,爆破压力越大,两者之间呈近似线性增长的关系,即爆破压力与曲率半径的关系:P1R8H4H2+S2。图8 影响因素各水平均值F i g.8 I n f l u e n c e f a c t o r se a c h l e v e l a v e r a g e3.3 影响因素灵敏性分析通过上面试验可知:不同的结构参数组合得出不同的爆破压力,在设计十字开槽正拱型爆破片时若是了解结构参数对爆破压力影响的主次顺序,就可以改变部分结构参数来更有针对性地设计爆破压力。分析参数敏感性的方法有多种,文中使用正交试验进行分析,正交试验设计的统计分析方法包括极差分析法和方差分析法。极差分析法计算方便、简洁易懂,但无法区分试验数据波动的来源,对各因素影响显著性无法进行精确的定量估计。方差分析法使用F检验,可以给出各因素对试验指标影响程度的量化结果。综合考虑,选择方差分析法对爆破片结构影响因素的敏感性进行分析。设用正交表安排m个因素的试验,试验总次数为n,试验结果分别为x1,x2,xn,设定每个因素有na个水平,每个水平做a次试验,则n=a na。方差分析过程如下:首先计算离差平方和,总偏差平方和=各列因素偏差平方和+误差偏差平方和:ST=S因+SE(5)总离差平方和:ST=nk=1x2k-1n(nk=1xk)2(6)列偏差平方和表明该列水平变动所引起的试验数据的波动,若该列安排的是元素,就称为该因911第4期鲁寨军,等:十字开槽正拱型爆破片爆破性能影响因素研究E n g i n e e r i n gB l a s t i n g工程爆破,2 0 2 3,2 9(4):1 1 4-1 2 1素的偏差平方和,各因素偏差平方和:S因=1anai=1(aj=1xi j)2-1n(nk=1xk)2(7)然后计算3个自由度,即试验的总自由度、各因素的自由度和试验误差的自由度:f总=n-1(8)f因=na-1(9)fE=f总-f因(1 0)最后计算平均离差平方,分别为因素的平均离差平方和及试验误差的平均离差平方和:M因=S因f因(1 1)ME=SEfE(1 2)F值为因素的平均离差平方和及试验误差的平均离差平方和之比,即F因=M因ME(1 3)对因素进行显著性检验,给出检验水平,从F分布表中查出临界值Fa(f因,fE),将计算所得的F值与该临界值比较,若FFa(f因,fE),说明该因素对试验结果的影响显著,两数差别越大,说明该因素的显著性越大。通过上述方差分析计算得到的结果如表6所示,其中,表6对应的模型r的平方r2=0.9 9 47,临界值Fa=3.2 5 9。表6 方差分析T a b l e6 A n a l y s i so fv a r i a n c e方差来源偏差平方和自由度均方F因显著性槽宽8.6 242.1 60.7 00.6 1槽深1 66 5 8.6 54 41 6 4.6 613 5 7.2 8 0.0 0 0(p0.0 0 1)拱高1 0 2.5 942 5.6 58.3 60.0 0 2(p拱高槽宽,其中十字开槽正拱型爆破片的减弱槽槽深和拱高会对爆破压力产生显著性差异关系,槽深与爆破压力之间的联系最为密切,槽宽并不会对爆破压力产生差异关系。在设计十字开槽正拱型爆破片的过程中,可以优先考虑改变槽深和拱高来对爆破压力进行控制。拱高的改变会影响曲率半径的大小,槽深的变化则与有效厚度的变化紧密相关,在考虑爆破压力与槽深、拱高的关系时,使用槽深与总厚度的比值以及曲率半径会更为准确,即:Pf(V/N)f(1/R)。将实验结果根据不同曲率半径R进行分组,取槽深与总厚度的比值V/N(0.2 90.8 8)为横坐标,爆破片的爆破压力值为纵坐标,结果如图9所示,对仿真试验结果进行线性回归得:R=3 9.7 3,P=1 1 5.2 7(1-V/N)(1 4)R=3 2.4 0,P=1 1 7.7 3(1-V/N)(1 5)R=2 8.4 0,P=1 2 3.2 8(1-V/N)(1 6)R=2 6.0 7,P=1 2 6.2 0(1-V/N)(1 7)R=2 4.6 9,P=1 2 8.3 4(1-V/N)(1 8)将公式(1 4)(1 8)拟合为一个公式得P=(K1/R+K2)(1-V/N)(1 9)式中:K1=8 8 9.3,K2=9 1.9,当P的单位为MP a时,K1单位为N/mm,K2的单位为MP a。图9 不同R下的V/N与爆破压力的关系F i g.9 R e l a t i o n s h i pb e t w e e nV/Na n db u r s tp r e s s u r eu n d e rd i f f e r e n tR4 结论1)正交试验的结果可以直观地看出槽深、槽宽和拱高3个结构参数对爆破压力的影响,在直径、总厚度和释放口径固定,槽宽为24mm,槽021工程爆破 E NG I N E E R I NGB L A S T I N G 第2 9卷h t t p:/g c b p.c b p t.c n k i.n e tA u g u s t 2 0 2 3|E n g i n e e r i n gB l a s t i n g|V o l.2 9,N o.4深为13mm,拱高为61 4mm的范围内,槽宽的改变对爆破压力的影响很小,结果仅有3%的波动;拱高主要影响到拱面的曲率半径,曲率半径和爆破压力呈反比关系;增加槽深会使爆破压力呈明显下降的趋势,槽深每增加0.5mm,平均爆破压力减小约1 8MP a。2)对正交试验结果进行方差分析,根据R值,槽宽、槽深、拱高3个影响因素可以解释十字开槽正拱型爆破片爆破压力的9 9.4 7%变化原因。根据F值的大小,对爆破压力的影响力大小排序依次是槽深拱高槽宽,其中十字开槽正拱型爆破片的减弱槽槽深和拱高会对爆破压力产生显著性差异关系。3)十字开槽正拱型爆破片的爆破压力预测公式可以拟合为:P=(K1/R+K2)(1-V/N),适用于总厚度为3.4mm、释放口径为4 0mm、爆破压力范围为1 49 0 MP a的情况,此时K1=8 8 9.3,K2=9 1.9。参考文献(R e f e r e n c e s):1鲁寨军,王灿,钟睦,等.十字开槽爆破片超高压爆破实 验 与 仿 真 研 究 J.工 程 爆 破,2 0 2 1,2 7(4):1 4-2 1.L UZJ,WAN GC,Z HON G M,e ta l.E x p e r i m e n ta n ds i m u l a t i o ns t u d yo nu l t r a-h i g hp r e s s u r eb l a s t i n go fc r u c i f o r m g r o 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HANGJ,L IX,e t a l.E x p e r i m e n t a l a n df i n i t ee l e m e n to p t i m i z a t i o na n a l y s i so nh y d r o f o r m i n gp r o c e s so f r u p t u r ed i s cJ.P r o c e d i aM a n u f a c t u r i n g,2 0 1 8,1 5:8 9 2-8 9 8.6闫照锋.金属爆破片爆破性能及影响因素数值研究D.大连:大连理工大学,2 0 1 2:3 6-5 1.YANZF,N u m e r i c a l s t u d yo ne x p l o s i o np e r f o r m a n c ea n di n f l u e n t i a lf a c t o r so ft h e m e t a l l i cr u p t u r ed i s c sD.D a l i