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本文首先对聚能装药技术的研究历史及国内外的研究现状进行了简单阐述,详细分析了线性聚能装药的结构特征和作用原理。在前人对聚能装药研究的基础上,归纳了关于聚能射流流体力学的几种主要理论;并对聚能爆破形成射流的过程中各阶段金属流体的发生发展情况进行了整体分析。
其次,利用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA对线性等壁厚药型罩和线性不等壁厚(变壁厚)药型罩的聚能装药爆破形成金属射流全过程进行仿真计算,揭示了射流内部应力、速度、内能及流体单元位移等参数随时间变化情况,并验证了现有理论对聚能射流的认识。以药型罩罩壁变化率为特征,讨论8种不同罩壁变化率的金属罩在爆轰波的高温高压作用下形成的射流的侵彻能力高低。模拟计算结果表明:罩壁的变化率对射流的形状、长度和断裂时间均有较明显的影响。
最后,针对本文所建立的线性装药模型,寻找到具有合理罩壁变化率的金属罩,产生的射流切割刀特点是侵彻速度稍慢,冲击时间较长,尤其在针对软岩的爆破切割工程中侵彻效果要优于同等条件下等壁厚药型罩爆破效果。采用不同炸药装药对变壁厚药型罩进行爆破模拟发现,最佳罩壁变化率的取值具有随装药炸药的威力增强而增加的趋势。
本文对线性变壁厚药型罩爆破形成射流形态的研究,为寻找最佳罩壁变化率,掌握射流随壁厚变化的规律提供了新的思路和方向;对实践工程中带有线性变壁厚药型罩的聚能切割器的优化设计具有指导意义。