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冰下水中爆炸是一个大变形的过程,其冲击波作用力对冰体结构具有巨大的破坏作用,是除凌的重要措施之一。为了提高爆破效率和爆炸能量利用率,必须对冰体力学性质进行实验研究,并结合爆破工程方案,对冰下水中爆炸过程进行数值模拟分析,提出更加有效的多点组合爆炸方案。 为了了解冰体结构性质,通过制作人造冰,对冰体进行单轴压缩实验和劈拉实验,获得温度、加载速率对冰体的压缩强度、抗拉强度以及弹性模量的影响关系,并据此计算出冰体在爆炸时冰体的力学性质参数。 应用ANSYS/LS-DYNA软件建立两点组合炸药水下爆炸计算模型,进行数值模拟。分析同时起爆的情况下,相间距对冲击波叠加和冰体破坏面的影响,并与单点爆炸情况进行冲击波峰值压力对比;在相间距一定的情况下进行延时起爆,分析爆炸冲击波的叠加对冰体破坏面的影响。通过分析冲击波压力和破坏面形状,得出结论:在两点同时起爆的情况下,冲击波发生叠加,冲击波压力比单点的冲击波压力较大,破坏效果好;相间距过小冰体破坏面中间部分过于突出,相间距过大冰体破坏面中部区域变小,甚至消失;若冰体材料为脆性,相间距取单点爆炸冲击波形成的破坏面直径的0.91倍时,可以获得较好的多排多列组合爆破效果;若冰体材料为韧性,相间距取单点爆炸冲击波形成的破坏面直径的0.71~0.86倍时,多排多列爆破效果较好;爆炸延时对冰体破坏面形状有较大影响,延时越大,冲击波叠加越接近延时炸点,破坏面形状越不规则,破坏面中部突出部分越向延时炸点方向移动,不利于炸点布置。并建立三点、四点组合炸药水下爆炸计算模型,进行数值模拟,探讨把两点爆破结果应用到三点、四点以及多点工程实践的可行性,对其在理论和数值计算指导的基础上进行优化爆破参数,为阵列爆破的聚能随进破冰器材研发和工程实践的实施提供依据。 本论文所有的研究工作旨在为黄河流域及黑龙江流域等其他流域冰凌灾害防灾减灾研究以及聚能随进破冰器材装备研发提供参考。