Page 155 - 《爆炸与冲击》2023年第2期

第 43 卷 尤元元，等： 爆破中双线型聚能药包最佳成缝角度 第 2 期

Von mises Von mises Von mises Von mises

stress/MPa stress/MPa stress/MPa stress/MPa
388.00 464 458.00 254.00
339.50 406 400.80 222.30
291.00 348 343.50 190.50
242.50 290 286.30 158.80
194.00 232 229.00 127.00
145.50 174 171.80 95.25
97.00 116 114.50 63.50
48.50 58 57.25 31.75
0 0 0 0
(a) 2 μs (b) 8 μs (c) 16 μs (d) 20 μs
图 18 张开角为 80°的侵彻过程 von Mises 应力云图
Fig. 18 Von Mises stress contour diagram of penetration process with an opening angle of 80°

3.4 聚能方向炮孔壁岩石单元应力分析
为具体研究不同聚能张开角对双线型聚能药包聚能效果的影响，分别取聚能张开角为 60°、65°、
70°、75°和 80°炮孔连线方向炮孔壁上的岩石单元 H33925，具体位置如图 19 所示，通过分析该单元的应
力时程曲线，得出不同聚能张开角下在选取时间范围内（10～30 µs）岩石单元 H33925 应力时程曲线，如
图 20 所示。炸药起爆后，针对不同聚能张开角工况，由于聚能射流的作用下，岩石单元 H33925 总体趋
势都是在一定时间内达到应力峰值，随后应力逐渐衰减。但是不同聚能张开角的工况下，岩石单元
H33925 到达应力峰值的时间不同，聚能张开角为 75°的岩石单元在 19 µs 最先达到峰值应力，并且与
60°、65°、70°和 80°对应的岩石单元 H33925 的应力峰值相比，聚能张开角为 75°的岩石单元 H33925 的应
力峰值最大为 2 121.5 MPa。因此，不同聚能张开角的工况下，聚能张开角为 75°的炮孔连线方向炮孔壁
岩石单元 H33925 最先达到峰值，并且应力峰值最大，即沿聚能槽方向的线型聚能效应最大。

2 500
Shaped half open angle 60°
Shaped half open angle 65°
2 000 Shaped half open angle 70°
Shaped half open angle 75°
Shaped half open angle 80°
Pressure/MPa
1 500
H33925 1 000

500

0
12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0 27.5
Time/µs

图 19 炮孔壁岩石单元 H33925 图 20 不同聚能张开角岩石单元 H33925 应力时程曲线
Fig. 19 Rock unit H33925 at blast hole wall Fig. 20 Stress-time history curves of rock element H33925 with
different shaped opening angles

通过对双线型聚能结构药包有效炸药边界方程进行理论推导，并利用 Python 语言调用 SymPy 包对
隐函数进行可视化，求解出 30°、32.5°、35°、37.5°、40°、42.5°、45°聚能张开半角具体的有效聚能炸药边
界方程，得出聚能张开半角为 37.5°时，聚能效应有效利用率最大为 41.32%，即沿聚能槽方向的线型聚能
效应最大。针对炸药聚能效应有效利用率相近的聚能张开角 60°、75°进行双孔水泥砂浆模型试验，试验
结果表明聚能结构药包聚能槽张开角为 75°与 60°相比，聚能结构药包聚能槽张开角为 75°的成缝效果更
加显著。通过数值模拟对聚能槽张开角分别为 60°、65°、70°、75°、80°的 Mises 应力云图进行分析，得出
聚能张开角为 75°时，岩石的侵彻深度最深而且聚能槽方向的应力集中效应也最佳。

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