内聚力模型参数 内聚力和粘聚力的区别( 三 )
2.2快开门密闭机构
快开门密闭机构主要用于实现容器罐体的快速开启和密闭,由法兰盘、移动小车、旋转卡箍、伸缩气缸和空压机等组成(见图3) 。法兰盘置于移动小车上,通过电机驱动小车前后移动实现法兰盘与容器罐体的分开和闭合 。采用齿啮式卡箍连接结构实现法兰盘和容器罐体的密闭连接 。旋转卡箍两端与气动伸缩杆相铰连,气动伸缩杆的另一端固定在基座上,并通过换向电磁阀、气管与空压机相连 。旋转卡箍和法兰盘外圆周方向上有均匀分布的楔块,两者楔块的倾斜方向相反,当空压机压力达到一定值时,气动伸缩缸驱动旋转卡箍转动一定角度,法兰盘楔块和卡箍楔块之间利用斜面摩擦自锁原理实现旋转卡箍的锁紧和错开,达到容器罐体密闭和承压的功能要求,旋转卡箍旋转角度的大小由气动伸缩杆的伸缩行程控制 。
2.3爆源系统
2.3.1爆源初始参数设计
本装置物理模拟方法中,采用空腔气体压力P膨胀到自由面气体压力Pa时的势能A来表征气体抛掷破碎岩石的能量[13],其与空腔气体能量E、压力P、空腔体积Vn和气体绝热指数χ之间的关系为:
不同岩石中地下爆炸空腔气体势能A的计算表达式[13]见表1,其中ηw为岩石的含水量,ηCO2为岩石的含气量,ηm为岩石的混合含气量 。
表1地下爆炸空腔气体势能计算表达式
这样,不同岩石中地下爆炸空腔大小rn和气体生成物能量A就作为模型实验的两个已知参数 。当采用半径为r的球壳模拟爆炸空腔时,模拟比尺为N=rn/r,根据能量比尺关系确定模型中的气体势能(A)M=(A)P/N4(下标P表示实物中的参数,下标M表示模型中的参数),利用式(5)就可以确定模型中球壳内气体的压力(P)M 。
2.3.2爆源装置研制
爆源装置由玻璃球罩、柔性导爆索、电雷管、起爆器、空压机、真空泵、电磁阀以及密封连接构件组成(见图4),各部件连接设计原理如图5所示 。采用薄壁玻璃球罩模拟爆炸空腔(见图6),玻璃球中心处内置一定长度的螺旋状柔性导爆索,利用导爆索爆炸产生的冲击波击碎玻璃球罩,从而达到释放压缩气体的目的 。为了减少导爆索爆生气体对玻璃球内部气体能量的影响,柔爆索与不锈钢管的穿入端进行了密封处理 。当模拟比尺较大时,由地下爆炸的能量比尺关系(4)可知,玻璃球罩中的压力可能低于大气压,因此也配置了小型真空泵 。
图4爆源系统
图5爆源装置设计原理图
图6爆源装置
2.3.3爆源适用性分析
为了检验玻璃球罩爆破的球形度,并证明爆源装置的可靠性和其力学效应的相似性,分别在空气、沙和水三种介质中开展了玻璃球罩爆炸的高速分幅摄影实验,实验参数及结果见表2,其中玻璃球罩水中爆炸的情形分别选取长度为20cm和10cm螺旋状导爆索 。通过玻璃球罩爆破过程高速摄影镜头(见图7)以及回收的玻璃碎片(见图8)可以看出,玻璃球罩碎片的膨胀运动是球形的,尽管柔爆索入口处玻璃球罩爆破的球形度稍差,当经过几个微秒的传播后,球形度就变得很好,以球形面的长轴直径和短轴直径的相对差别定义的不对称度小于5%,此外玻璃碎片的尺寸大小对压缩气体的释放过程不会产生影响 。采用10cm长的螺旋状柔性导爆索中心起爆比采用20cm长的可以减少其自身爆炸对玻璃球罩内气体能量的影响,爆破效果满足大当量地下爆炸效应模拟装置的功能设计要求,能够实现对爆源起爆的精确控制 。
图7不同介质中玻璃球罩爆破镜头
为了评估柔爆索爆炸对抛掷成坑的影响,在石英砂中开展了模拟验证实验 。实验方法如下,玻璃球罩和沙箱容器中均不抽真空,即没有所谓的高压气体,将玻璃球埋置在10cm深的石英砂中,之后起爆柔爆索,由高速摄像机记录石英砂自由面变化情况 。通过回收的玻璃碎片及回填实验结果(玻璃球罩和漏斗沙坑的体积均为480cm3)可以看出(见图9),玻璃球罩的碎片较大,并且布满了裂纹,柔爆索的爆炸能量主要用于击碎玻璃球罩,石英砂自由面并无观察到隆起和抛掷现象,只是形成了漏斗沙坑 。由此可见,采用10cm长的螺旋状柔性导爆索中心起爆对抛掷成坑的影响微乎其微 。
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