D0I:10.13374/i.issn1001053x.2002.03.047 第24卷第3期 北京科技大学学报 Vol.24 No.3 2002年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2002 延长药包不同位置起爆时的应力场 龚敏》 黎剑华) 1北京科技大学土木与环境工程学院，北京1000832)中南大学爆破与岩土工程中心，长沙410083 摘要利用红宝石脉冲激光器建立了三维动态散光光弹性爆破模型实验系统，首次对条形 药包在一端起爆、两端同时起爆、药柱中点起爆等条件下的爆破模型进行了研究，得到了在同 一剖面的4个时刻的动态应力条纹图：对3种爆破模型的动应力场进行了对比分析，并就其爆 破效果提出了相应的结论. 关键词条形药包，动光弹，爆破，应力场，起爆位置 分类号TD235.11 条形药包的爆破机理先后有学者利用动光 后在与之垂直的方向用相机拍照.如图1是外 弹、云纹法进行了延长药包爆破机理的研究-”， 光路布置示意图 研究中应用了延长药包爆破的典型例子，如端 部效应、最佳空腔比等，但至今尚未有人对三维 2试验设计 延长药包在不同点火位置时的爆破效应进行过 为研究方便，爆破模型尺寸制成250mm× 探讨. 250mm×80mm,并取相同的剖面进行对比分析 本文利用三维全息动光弹，在特定剖面对 研究.在该剖面上，药包布置如图2所示 延长药包的3种不同起爆位置的动态应力场进 共进行3次试验，每次试验的药柱长度、线 行了对比分析，并在试验技术、数据处理方面进 装药密度、装药量均保持一致.其中药包长42 行了有针对性的研究 cm,线装药密度为34.5mgcm,装药量145mg,炸 1试验方法与装置 药为迭氮化铅；1组试验为O点起爆；1组为O 点和F点同时起爆；还有1组以中点E作为起 光源采用四重腔红宝石序列脉冲激光器改 爆点.数据分析时分别选取OA,OC,OD,EE,HH, 装而成，它在1个外触发信号下可发出4个空 剖面进行研究.4组试验应力波传播的记录时 间独立分布的激光.外光路采用散光光弹性光 间相同，分别为炸药爆炸后第18,33,45,63μ5. 路，光在通过偏振片和1/4波片后，经过1个柱 图3-5是条形药包按试验设计爆破时得到 面镜变成片光，光从模型侧面入射进入模型，然 的三维激光全息动光弹条纹图. 片光 模型 D 偏振片 柱面镜 H E 0 t 激光器 42 mm 1/4波片 准直镜 相利 E 图1全息动光弹外光路示意简图 图2模型布置图 Fig.1 The external optic path sketch of holographic Fig.2 Disposal sketch of model photo-elasticity 收稿日期2001-12-24龚敏男，38岁，副教授 *国家自然科学基金资助课题No.19802002)
第 2 4 卷 第 3 期 2 0 0 2 年 6 月 北 京 科 技 大 学 学 报 JO u r n a l o f U n vi e r s ity o f S e i e n c e a n d Tc e h n o l o gy B e ji i n g V 6 1 . 2 4 N 0 . 3 A P r. 2 0 0 2 延长药包不 同位置起爆时的应 力场 龚 )北京科技大学土木 与环境工程学院 , 10 0 0 8 3 黎剑华 ” 2 )中南大学爆破 与岩土工程中心 , 长沙 41 0 0 83 摘 要 利 用红 宝石 脉 冲激光器 建立 了三 维动 态散 光光 弹性爆破模 型实验 系统 , 首次对条形 药包 在一 端起爆 、 两端 同时起爆 、 药 柱 中点起 爆等条件下 的爆 破模 型进 行 了研究 , 得 到了在 同 一剖面 的 4 个时 刻 的动态应 力条纹 图 ; 对 3 种 爆破模型 的动应 力场进 行 了对 比分析 , 并就其爆 破效果提 出 了相 应 的结论 . 关键 词 条形药 包 , 动 光弹 , 爆破 , 应 力 场 , 起爆 位 置 分类 号 T D 2 3 5 . 1 1 条形药包 的爆 破机 理先后有学 者利用动光 弹 、 云 纹法进行 了延长药包爆破机理的研究 `, 一 3] , 研究 中应用 了延 长药包爆破 的 典型 例子 , 如端 部效应 、 最佳 空 腔 比等 , 但至今 尚未有人对三 维 延 长药包在不 同点火位置 时的爆破效应进行过 探讨 . 本 文利用三维全 息动光弹 , 在特定剖 面对 延长药包 的 3 种不 同起爆位 置的动态应力场进 行 了对 比分析 , 并在试验技术 、 数据处理方面进 行 了有 针对性 的 研究 . 后在 与之垂 直的方 向用 相机拍照 . 如图 1 是外 光路 布置示 意图 . 1 试验方法与装置 光源采 用 四重腔红宝 石序列脉 冲激光器改 装 而成 , 它在 1 个 外触 发信号下 可 发出 4 个空 间独立分布 的激光 . 外 光路采用散光 光弹性光 路 , 光在 通过偏振 片和 14/ 波片后 , 经过 1 个柱 面镜变成 片光 , 光从模型 侧面人射进人模 型 , 然 2 试验设计 为研究 方便 , 爆破模型 尺 寸制成 2 50 m m 又 25 0 ~ ` 80 ~ , 并取 相 同的剖 面进 行对 比分析 研究 . 在该 剖面上 , 药包布置如 图 2 所 示 . 共进行 3 次试验 , 每次试验 的药柱 长度 、 线 装药 密度 、 装药量均保 持一致 . 其 中药包长 .4 2 c m ,线装药密度 为 34 . 5 m留c m ,装 药量 145 m g , 炸 药 为迭 氮化铅 ;l 组试验 为 O 点起爆 ;1 组 为 。 点 和 F 点 同时起爆 ; 还有 1 组 以 中点 E 作为起 爆点 . 数据分 析时分别选取 OA , O C, O D旧三刀鱿 剖 面进 行研究 . 4组试 验应力波传播 的记 录时 间相 同 , 分别为炸药爆 炸后 第 18 , 3 , 45 , 63 哪 . 图 3 一 5 是条形药包按试 验设计爆 破时得到 的三维激光全息动光 弹条纹 图 . 厂二巨二 \ 厂 / 二万r一 , g 机 4 2 m m Z m m 针/ J } 广} 一 图 l 全 息动 光弹 外光 路示意 简 图 F i g . l T h e e x t e r n a l o Pt i e P a th s ke t e h o f h o l o g r a P h i e P h o t o 一 e l a s it e i yt 收稿 日期 2 001 一 12 一 24 龚敏 男 , 38 岁 , 副 教授 * 国家 自然 科学 基金 资助课题 (N 0 . 19 8 0 2 0 0 2) 图 2 模 型布 置 图 F ig · 2 D i s P o s a l s ke t e h o f m o d e l DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2002. 03. 047
Vol.24 龚敏等：延长药包不同位置起爆时的应力场 ·249· (a)t=18μs (b)t2=33us (c)t3=45us (d)t4=63μs 图3一端起爆时的条形药包动光弹等差条纹图 Fig.3 Isochromatic fringe pattern of strip-shaped charge photo-elasticity by detonated at one side a)t,=18μs (b)2=33μs (c)t=45μs (d)ta=63 us 图4中点起爆时的条形药包动光弹等差条纹图 Fig.4 Isochromatic fringe pattern of strip-shaped charge photo-elasticity by detonated at midpoint (a)t=18 us (b)t2=33us (c)t=45μs (dt=63μs 图5两端起爆时的条形药包动光弹等差条纹图 Fig.5 Isochromatic fringe pattern of strip-shaped charge photo-elasticity by detonated at both side 3试验模型设计剖面上应力波传播 Durelli及朱振海、龚敏等研究的动态条纹的判 读准则进行处理，，图6和图7是3组爆破等差 如图2所示，在与端部成45°方向的剖面OC 条纹图处理后的动态等差条纹（最大剪应力场） 上的条纹分布曲线是以O点为坐标原点.根据 分布图. 12 (a)t 5.0f (b)2 10 4.0 8 --B 6 ◆D 3.0 4 2.0 2 1.0 0 0 1.01.5 2.02.5 3.0 3.5 2.02.53.03.54.0 4.5 5.0 x/cm x/cm 图6OC方向，和时刻上条纹级次的变化 Fig.6 Change of fringe order in OC direction at t and t monent
◆250· 北京科技大学学报 2002年第3期 4.0 (a)ts (b)t 3.0 3 2 2.0 1.0 0 5 6 34567 8910 x/cm x/cm 图7OC方向，4时刻上条纹级次的变化 Fig.7 Change of fringe order in OC direction at t,and t monent 从图6(a)可以看出，在4个记录时刻有相类 12 似的特点：中点起爆的模型沿剖面上分布的条 o -s-B 4-D 纹级数较其他2组高，两端起爆的次之，而一端 8 F 起爆的最低.炸药起爆18μs时，中点起爆的最 6 大条纹级数为11级，两端起爆的为6.5级，一端 起爆的为2.5级.在此后的3个时刻，每组试验 4 的最大条纹级数逐次减少，一端起爆的模型最 2 高条纹级次低而衰减缓慢，在2.5~2级之间变 1020.3040 5060 化.另2组则在初期下降较快，在45s以后变 t/μs 化趋缓，如图8所示.从应力波强度来说，在炸药 图80C方向上3组试验最大条纹级次随时间变化 Fig.8 Changed instance according to most fringe order 起爆后很短时间(18μs)应力场就达到了动态过 among three experiments in OC position 程的强度最高值，在3个模型的OC方向都有这 个规律.故从应力波作用的角度考虑，爆破作用 爆的模型的全场最大应力不在45°线上，但中点 的主要阶段是在药包起爆后的初期.这个现象 起爆的药包全场最大应力比较接近OC线方向. 并不是偶然的，大量动光弹模型试验都证明这 对3组模型的等差条纹图进行处理后，如 一点刃从条纹图分析，一端起爆和两端同时起 图9是中垂线上条纹随距离变化的情况.其中 6 (a) 24 (b)4 2 12 羹 12 8 0 1.21.62.02.42.83.23.6 (c) 6 0 3 x/cm x/cm 图9EE剖面上条纹级次变化规律 Fig.9 Changing rule of fringe oder in EE section
一 2 50 - 北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 2 年 第 3 期 (a) 九 (b ) t4 州八之, 譬 二 BDF“ 二巴 : 二 3 4 5 6 7 8 9 1 0 尤 / C m 图 7 o c 方 向` , ’t 时 刻上 条纹级 次 的变化 F i g · 7 C h a n g e o f ifr n 沙 o dr e r i n O C d ier c iOt n a t t3 a n d t’ m o n e n t 从 图 6( a) 可以 看出 , 在 4 个记 录时刻有相类 12 厂一一 — 一 似的特点 : 中点起爆 的模型 沿剖 面上 分布 的条 纹级数较其 他 2 组高 , 两端起爆 的次之 , 而一端 起爆 的最低 . 炸药 起爆 18 哪 时 , 中点起 爆 的最 大条纹 级数为 H 级 , 两端起爆的为 .6 5 级 , 一端 起爆 的为 .2 5 级 . 在 此后 的 3 个 时刻 , 每组试 验 的最大 条纹级数逐 次减少 , 一端起爆 的模 型 最 高条纹 级次低 而衰减缓慢 , 在 2 . 5一 2 级之 间变 化 . 另 2 组则在 初期下降较快 , 在 45 林s 以后 变 化趋缓 , 如图 8 所示 . 从应力波强度来说 , 在 炸药 起爆后 很短时间( 18 娜 )应力场就达到 了动态过 程的强度最高值 , 在 3 个模 型 的 口C 方 向都 有这 个 规律 . 故从应力波作用 的角度考虑 , 爆破作用 的主 要 阶段是 在药包起爆后 的初期 . 这个现象 并不是偶然 的 , 大量 动光弹模 型试 验都证 明这 一 点 `6,7 ] . 从条纹 图分 析 , 一端起爆和两端 同时起 一 _ B 一 D ` F 釜 · 、 、 R ù 6 彰ù减 2 卜 “ 一 ~ ~ ~ 君二二` - ~ . 10 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 t / 林s 图 8 口C 方 向上 3 组试 验最 大条纹级 次随 时 间变化 F i g . 8 C h a n g e d i n s t a n e e a e e o r d i n g t o m o s t fr i n g e o r d e r a m o n g t h er e e x P e r i m e n t s i n O C P o s i ti o n 爆 的模型 的全场 最大应力不在 45 “ 线上 , 但 中点 起爆的药包 全场 最大应力 比较接近 O C 线方 向 . 对 3 组模 型 的等差条纹 图进行 处理后 , 如 图 9 是 中垂 线上条纹 随距 离变化 的情况 . 其 中 (b)九 _ . _ B Z406 山`, ùR 二, . 1. 彰乏 16 1 , _ 、 ` } \ 、d, ` l 12 卜 入 } 飞 譬 8 0 冷 -4 6 2 . 0 3 . 2 3 . 6 2 3 4 乙, 赛之 ùR4 舞之 \ 、 鲜 ` , 户 _ . _ B 4 5 x/ e m 6 7 8 2 4 6 x/ e m 四1 0 12 图 , E 石 剖 面上 条纹级 次变 化规 律 F ig . 9 C h a n g i n g r u l e o f fr in gc o d e r i n E E s e c t i o n
Vol.24 龚敏等：延长药包不同位置起爆时的应力场 ·251· 坐标原点取为条形药包的中点.从4个记录时 22 刻来看，每1个时刻均有如下规律：一端起爆药 18 … 包的最大剪应力在剖面的大部分线段上较其他 F 14 2组试验高，两端同时起爆的模型次之，中点起 之10 爆的最小.上述三者在中垂线上的最大应力条 6 纹级数分别是：18.5,21.5,7.5.造成这种现象的 原因是：如条形药包在一端起爆，冲击波从起爆 1020 304050 6070 点沿药柱方向传播，先行起爆点产生的应力波 7/us 与后继爆轰产生的应力波沿传播方向叠加，这 图10EE方向上3组试验最大条纹级次随时间变化 一叠加是沿整个药柱进行的，使得后爆点附近 Fig.10 Change of the largest fringe order according to tim- 的应力场逐次加强；条形药包若两端同时起爆， es among three experiments in EE position 应力波的叠加则是从两端相向而行，但不可能 由于应力波在t,时未传至HH面，数据处理 沿整个药柱叠加，2个大的相向应力波阵面在药 从2开始，图11是HH剖面上条纹级次随时间变 柱中点又发生叠加，从而在中点上方形成应力 化规律.从3个时刻总的来看，以一端起爆的模 波的最大值：起爆点设在中点的药包起爆后，由 型最大条纹级次较高，2~4在剖面上的最大应力 于爆轰波以中点为起点并沿药柱向两端点传播 条纹级数分别为10.5,8.5,13.5；另外2组在所受 和叠加，应力波的叠加只能在12药柱范围内，较高应力的时段2-4上，两端起爆较中点起爆 也不能向两端起爆药包那样相向波阵面之间又 药包所受应力在大部分区间高.从受力区间的 进行叠加，因此在中点及附近区域应力波强度 均匀性上看，一端起爆药包非常差，左边（起爆 最小，沿药柱中点向外的某一区域应力波叠加 端)有很大部分的区间处于低应力区.其他2组 后强度则较一端和两端起爆的药包要小.另外 试验则相对较好.一个特别的现象是，HH剖面 与45°方向剖面不同的1个特点是，除了中点起上一端起爆模型的条纹级数分布与每一记录时 爆模型，其他2组达到剖面最大条纹级数的时 刻的全场应力的最大条纹差别很大，例如通过 间发生在起爆后33s,比45°方向上明显“滞 条纹图判读后发现2一1全场最大条纹级数为 后”，因此在中线上介质的破坏时间在相同条件 22.5,18.5,14.5,和上面所说的剖面上的最大条 下比OC方向来得晚，如图10所示. 纹有明显的不同，这是由一端起爆应力波迭加 (a) 10 B (b) 14 (c)t 10 B 4…D 10 6 B 6 8 D 6 0 0 0 2 6 -2 0 864-202468 8 -4-202468 x/cm x/cm x/cm 图11HH剖面上的条纹级次的分布 Fig.11 Distribution of fringe order in HH section 的极端不均匀性所造成的.而中点与两端同时 小，如图12所示.它表明不论哪种起爆方式，条 起爆的模型在柱部HH剖面上的最大应力较全 形药包的端部效应现象始终是存在的 场最大应力有一些差距，但不大 表1列出了3组试验记录时刻的全场最大 OA剖面的应力条纹分布主要反映了条形 主应力和它们的位置.一端起爆药包的应力全 药包的端部应力场的变化情况，除了在起爆18 场最大值出现在远离起爆点、爆轰波刚产生的 μs时中点起爆模型端部最大应力条纹达到6.5 另一侧，有2个对称点；两端同时起爆药包全场 级并稍有偏高外，在其他时刻模型的最大条纹 应力的最大值有2个，即位于药柱的中垂线上， 级数均在3.5级以下，并且随时间发生的变化很 以药包纵轴为对称点；中点起爆药包的最大值
V匕】 一 2 4 龚 敏等 : 延 长药包 不 同位 置起 爆时 的应力场 一 2 5 1 . DBF 40 彰乏 坐 标原点取为条形药包 的中点 . 从 4个记 录时 刻来看 , 每 1 个时刻均有如下 规律 : 一端起爆药 包的最大剪应力在剖面 的大部分线段上较其他 2 组试 验高 , 两端同时起 爆的模型 次之 , 中点起 爆 的最小 . 上述三者在 中垂线 上 的最大应力条 纹级数 分别是 : 18 . 5 , 21 . 5 , 7 . 5 . 造成这 种现 象的 原 因是 : 如条形药包在一端起爆 , 冲击波从起爆 点沿药柱方 向传播 , 先行起爆点产生 的应力波 与后 继爆轰产生 的应力波沿传播方 向叠 加 , 这 一叠加是沿整个药柱进行的 , 使得后爆点附近 的应力场逐次加强 ;条形药包若两端同时起爆 , 应力 波的叠 加则是从两端相 向而行 , 但 不 可 能 沿整个药柱叠加 , 2 个大 的相向应力波阵面在药 柱 中点又 发生 叠加 , 从 而在 中点 _ L方形成应力 波的最大值 ; 起爆点设在 中点 的药包起爆后 , 由 于 爆轰波以 中点为起点并沿药柱向两端点传播 和 叠加 , 应力波 的叠加 只能在 12/ 药柱范 围内 , 也不能 向两端起爆药包 那样相向波 阵面 之间 又 进行叠 加 , 因此在 中点 及 附近 区域应 力波强 度 最小 , 沿药柱 中点 向外 的某 一 区域应力 波叠加 后强 度则较一端和 两端起爆 的药包要 小 . 另外 与 4 50 方 向剖面 不同的 1 个特点是 , 除了 中点起 爆模型 , 其他 2 组达到剖面 最大条纹级数 的时 间发生 在起爆后 3 娜 , 比 4 50 方 向上明显 “ 滞 后 ” , 因此在中线上 介质 的破坏时间在相 同条件 下 比 O C 方向来得 晚 , 如 图 10 所示 . 2 2 l 8 : 匕 . ’ 卜 - · · 一 ~., 一 : , : { 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 t / 卜s 图 10 E E 方向上 3 组试验 最大 条 纹级 次随 时间变化 F i.g 1 0 C b a n g e o f th e l a r g e s t ifr n ge o rd e r a c o rd i n g to it m - e s a m o n g t b re e e x P e r i m e n t s i n E E P o s iit o n 由于应 力波在t l 时未传至 刀万 面 , 数据处理 从九开始 , 图 n 是 刀万 剖面上 条纹级次随时间变 化规律 . 从 3 个时刻总的来 看 , 以 一端起爆 的模 型最大条纹级次较 高 , 八一 八在剖面上 的最大应力 条纹级数分别 为 10 . 5 , 8 . 5 , 13 . ;5 另外 2 组 在所受 较高应力 的时段九一 3t 上 , 两端起 爆较 中点起爆 药包所受应力在大部分 区 间高 . 从受力 区间的 均匀性上看 , 一端起爆药包非 常差 , 左边 (起爆 端 )有很大部分 的区 间处 于低应力 区 其他 2 组 试验则 相对 较好 . 一个特别 的现象是 , 刀万 剖 面 上 一 端起爆模型 的条纹级数 分布与每一记 录时 刻 的全 场应力 的最大条纹差别很大 , 例如通 过 条 纹 图判 读后 发 现九一八全 场 最大 条 纹级 数 为 2 . 5 , 18 . 5 , 14 . 5 , 和上 面 所说 的剖面 上 的最大条 纹有明显 的不 同 , 这是 由一端起爆 应力波迭加 l 2 l 0 0 -2 一 _ 三 二 . 0 . 尸、 一 闷 / ` 『 、 ` ,- 尸, 一 一 甘 ( b )八 一 _ _ 灵 ( c ) 4t 。 少 , , 一 一 了认 气 … 一 。 .尸 、 、丫 / ,二旅 丫 ` 、 } ` . : . ’ . 产 九 卫 汽入 ’ f 山 几粼二 、 、 , , , , . 卜 甘 l 甘 . 阵 ’ . , 日 , ,性 . 二 1 1 00 ù h4 内乙 舞之 x/ e m x / Cm 图 n H H 剖面上 的条纹 级次 的分布 F i g . 1 1 D i s t r i b u t i o n o f fr i n g e o r d e r i n H万 s e c t i o n x / e m 的极端不 均匀性所造成 的 . 而 中点与两端同时 起爆 的模型 在柱部 月万 剖面 上 的最大应力较全 场最大应力有一些差距 , 但不 大 . 浏 剖面 的应力条纹分布 主要反 映了 条形 药包 的端部应力场的变化情况 , 除了在起爆 18 哪 时 中点起爆模 型 端部最大应 力条纹达到 6 . 5 级并稍有偏高外 , 在其他 时刻模 型 的最 大条纹 级数均在 3 . 5 级 以下 , 并且 随时间发生的变化很 小 , 如图 12 所示 . 它表明不论 哪种起爆方式 , 条 形药包 的端 部效应现象始终是存在 的 . 表 1 列 出了 3 组试验记 录时刻 的全场最大 主 应力和 它们 的位置 . 一 端起爆药包 的应力全 场最大值 出现在远离起爆 点 、 爆轰波 刚产生 的 另一侧 , 有 2 个对称点 ; 两端 同时起爆 药包全场 应力的最大值有 2 个 , 即位于 药柱的 中垂 线上 , 以药包纵轴为对称点 ; 中点起爆药包 的最大值
·252· 北京科技大学学报 2002年第3期 7.0 (a)t (b)2 6.0 3.0 5.0 2.0 警 4.0 -■-B D 3.0 1.0 2.0 1.0 0.0 D 0.0 -1.0L 1.4 1.82.2 2.63.03.4 3.8 2.02.53.03.54.04.55.05.5 3.0 (c)t 3.0 (d)t 2.0 2.0 1.0 1.0 0.0 0.0 -1.0 -1 -2.0 -2.0L 1.5 2.5 3.5 4.55.56.57.5 3.04.05.06.07.08.09.010.0 x/cm x/cm 图120A剖面上条纹级次变化规律 Fig.12 Changing rule of fringe order in Od section 表1各记录时刻的全场最大条纹级数及方位表 Table 1 The largest fringe order and its orientation in the full field at every recorded times 1端起爆条纹极 中点起爆条纹极 记录时刻 两端同时起爆条 极值点角度/() 极值点位置/cm 值/级 极值点角度/() 值/级 纹极值/级 TI 28.5 19.5 13.0 30 11.5 2.30 T2 22.5 42.5 10.5 39 21.5 2.42 T3 18.5 45.5 8.5 49 8.0 3.71 T4 14.5 42.5 7.5 52 3.5 6.80 注：一端及中点起爆的极值点角度以起爆点为原点，两端同时起爆的极值点位置以药柱中点为坐标原点 有4个，分布在以药柱两端上下对称方向，这些 比较均匀，差异在于两端起爆的在药柱中点上 最大值的位置并不是一成不变的，它随时间的 下的区段强度高，两边较低，中点起爆的则是以 变化而沿上述方向移动.在全场应力的最大值 4个象限应力最大值为中心而变化 中，一端起爆的最大，两端同时起爆的次之，中 (3)无论以何种方式起爆，端部效应现象始 点起爆的最小 终存在 (4)从全应力场的强度，均匀性综合考虑，两 4结论 端同时起爆药包的爆破效果最好，中点起爆的 ()条形药包起爆时，如只从应力波强度考 次之，一端起爆的最差， 虑，两端起爆的条形药包的强度最大，两端同时 参考文献 起爆的强度次之，中点起爆强度最小.在条形药 1吉国栋，陈叶青，于亚伦，龚敏.条形药包爆炸应力场 包应力波传播的初期，即在波阵面到达药柱长 的全息动光弹研究U.工程爆破，1999,5(4)20 度的2倍或3倍时应力场强度达到整个过程的 2 Fourney WL.Stress Wave and Fracture Propagation from 峰值. Inclined Charge Near a Bench Face[J].Int J of Rock Mech and Min Sci,1974.102 (2)从条形药包爆炸形成的应力波场来看， 3邓志勇.条形药包爆炸应力场的动云纹试验研究[C1. 一端起爆的应力场极不均匀，呈现出起爆端附 见：工程爆破文集第六辑.北京：海天出版社，1997.72 近区域为低应力区，另一端为高应力区的情况 4 Durelli A J,Shukla A.Identification of Isochromatic Fri- 两端同时起爆及中点起爆的应力场强度的分布 nges[J].Exp Mech,1983,23(1):111
北 京 科 技 大 学 学 报 2 002 年 第3 期 (a) tl 山)九 气 一 一刀 一 ` 八 _ 厂 “ “ ” ” 火 气 一 : 一孚 …价 _ 件 、 一 ` 、 、 · \ ” 、耘 二 ` 、 二 “ F 丫 、 、 、 、 \ , ` ` 、 、一产尸一 一 户、 今 (d)右 一 ` 万丫丫 ` 一 、一 、 二 . 叭 ’ · ` 只 ’ 、 、 、 、了 二 : :冬 只 :. 、 、 、 厂下…; ’ 、 \ ,了 - 一 D 丫 ` F 戈 / c m 图 12 0 月 剖面上 条 纹级次 变化 规律 x/ c m F ig . 12 C h a n g i n g r u l e o f fr in g e o r d e r i n o 刁 s e e t i o n 表 1 各记 录 时刻 的全场 最大 条纹级 数及 方位 表 aT b le 1 T b e l a r g e s t fr i n g e o r d e r a n d it s o r i e n t a t i o n i n t h e fu ll n e ld a t ve e yr r e e o r d e d t i m e s 记 录时刻 1 端起爆条纹极 值/级 极值点角度(o/ ) 中点起爆条纹极 值/级 极值点角度(o/ ) 两端同时起爆条 纹极值/级 极值点位置c/ m 2 8 . 5 2 2 . 5 1 8 . 5 14 5 13 0 10 . 5 8 . 5 7 5 3 0 3 9 4 9 5 2 1 1 . 5 2 1 . 5 8 . 0 3 , 5 2 . 3 0 2 . 4 2 3 . 7 1 6 8 0 气乙勺ù 4 2 月 4 TI3TZ4T 注 : 一端及 中点起 爆 的极值点角度 以起爆点 为原 点 , 两 端 同时起爆 的极 值点 位置 以药柱 中点 为坐 标原 点 有 4 个 , 分布在 以药柱 两端上下对称方 向 , 这些 最大值 的位置并 不是 一成不变 的 , 它随时 间 的 变化而沿 上述方 向移动 . 在全 场应力 的最大值 中 , 一端 起爆 的最 大 , 两端 同时起 爆 的次之 , 中 点起爆 的 最小 . 4 结论 ( l) 条形药包起爆 时 , 如 只从 应力波强度考 虑 , 两端起爆 的条形药包 的强 度最大 , 两端 同时 起爆的强度次之 , 中点起爆强 度最小 . 在条形药 包应力波 传播 的初期 , 即在波 阵面到达药柱长 度 的 2 倍或 3 倍时应力场 强度 达到整个过程 的 峰值 . (2 ) 从条形 药包 爆炸形成 的应 力波场来看 , 一端起爆 的 应力场极不 均匀 , 呈 现出 起爆端 附 近 区域 为低应力 区 , 另一端为高应力区 的情况 . 两端 同时起爆及 中点起爆 的应力场强 度 的分布 比较均匀 , 差异在 于两端起爆 的在 药柱 中点上 下的区 段强度 高 , 两边较低 , 中点起爆 的则是 以 4 个 象限应力 最大值为 中心而变 化 . (3 )无论 以 何种方式起爆 , 端部 效应 现象始 终存在 . (4) 从全应力场的强度 、 均匀性综合考 虑 , 两 端 同时起爆 药包的爆破效果 最好 , 中点 起爆 的 次之 , 一端起爆 的最差 . 参 考 文 献 1 吉 国栋 , 陈叶青 , 于亚 伦 ,龚敏 . 条形 药包爆炸应 力场 的全息动 光 弹研究 [J] . 工程爆破 , 19 9 ,5 (4) : 20 2 F o u m e y W L . Setr s s 叭 a/ v e an d Far c t uer Por P ag at i o n fr o m Icn li n e d C h a电 e N e ar a B e n e h F a e e [J ] . Int J o f oR c k M e c h an d Mi n S e i , 1 9 7 4 . 1 0 2 3 邓志 勇 . 条形药包爆炸应 力场 的动 云纹试验 研究 「C] . 见 : 工程 爆破文集第 六辑 . 北京 : 海天 出版社 , 19 97 .7 2 4 D u er lli A J , Sh uk l a A . Id e in iif e at i o n o f I s o e hr o m at i c F r i - n g e s [J] . E xP M e e h , 1 9 8 3 , 2 3 ( l ) : 1 1 1
Vol.24 龚敏等：延长药包不同位置起爆时的应力场 ·253· 5龚敏，于亚伦，佟景伟.爆破等差与等和条纹图分析 石力学与工程学报，1998.17(Supp.):882 方法探讨[)，爆炸与冲击，1997,17(3)265 7龚敏，于亚伦，齐金铎，预裂一缓冲爆破中柱状孔间 6龚敏，于亚伦.对条形药包应力波作用的探讨)岩 应力波作用分析J,北京科技大学学报，1998,20(1：15 A Research on Stress Field of Column and Strip-shaped Charge in Different Detonated Points GONG Min.LI Jianhua 1)Civil and Environment Engineering School,UST Beijing,Beijing.100083,China 2)The Engineering Center of Blast and Rock-soil,Central South University,Changsha 410083,China ABSTRACT An experimental system of blast model of three-dimension dynamic astigmatic photo-elasticity is established by using the ruby pulse laser apparatus.By detonated the column and trip-shaped charge at one side,two sidesor or in the mid-point,four dynamic stress fringe patterns of the same section at four different second are got,then the dynamic stress field of three kind of blast model is constrasted and analyzed.Finally the corresponding conclusions of blast effect are got. KEYWORD column and striped charge;dynamic photo-elasticity;blast;stress field;the point of detonated 科研成果介绍 金刚石薄膜涂层硬质合金工具开发 金刚石薄膜涂层硬质合金工具由于性能优异、成本相对较低（与PC0和金刚石厚膜钎焊工具 相比)、适应于复杂形状工具衬底沉积，以及可大批量沉积等优点，具有非常好的市场前景.金刚石 薄膜涂层硬质合金工具开发的关键是解决金刚石薄膜在硬质合金衬底上的生长（沉积）和良好附 着的技术.本项目成果采用独特的衬底预处理和优化的金刚石膜沉积工艺，已经解决了C0对金刚 石膜生长和附着的有害影响问题.在YG类硬质合金衬底所沉积的金刚石膜涂层厚度可达2030 um.用洛氏硬度压痕法评定的金刚石膜附着力时的无裂纹临界载荷达1.5kN以上.在铣削A1-12% Si合金时，金刚石薄膜涂层的YG6铣刀比未涂层硬质合金刀片使用寿命可提高20倍以上. 本成果是基于我们已经取得的两项关于金刚石膜低温沉积技术和硬质合金衬低激光预处理技 术的发明专利(ZL91102584.7,ZL93119434.2),以及最近完成的另外二项关于使用特殊钴化物过 渡层提高金刚石薄膜附着力的技术（已申请发明专利，申请号：99107912.4,01130903.2）.此外，本项 目组正在进行工业化生产设备和技术的研究开发，原型设备研制已接近完成，其特点是摒弃通常 CVD设备的平面沉积方式，采用立体（空间）沉积方式，因此可以一次沉积大量工件.最终工业化设 备的月标是一次涂覆可转位刀片（或钻头）300只以上
龚敏等 : 延长 药包不 同位置 起爆 时的应 力场 · 2 5 3 龚敏 , 于 亚伦 , 伶景伟 . 爆破 等差 与等和条 纹 图分 析 石 力学 与工程学 报 , 1 9 98 , 1 7 (s uP .P :) 8 82 方法探讨 [J] , 爆 炸与 冲击 , 19 97 , 17( :3) 2 65 7 龚敏 , 于亚伦 , 齐金铎 . 预 裂一缓 冲爆破 中柱 状孔 间 龚 敏 , 于亚伦 . 对 条形 药包应 力波作 用的探讨 [J] . 岩 应力 波作用分析 [J] , 北京 科技大学学报 , 1 9 98 , 20 (l :) 巧 A R e s e a r e h o n S t r e s s F i e l d o f C o l u m n a n d S t r iP 一 s h ap e d C h a r g e i n D i fe r e n t D e t o n a t e d P o i n t s G O N G A五刀 I ) . LI 了i口 n h u a Z ) l ) C i v il an d E n v i r o n m e nt E n g i n e e r i n g S c h o o l , U S T B e ij i n g , B e ij i n g , 10 0 0 8 3 , C h i n a 2 ) T h e E n g i n e e r ign C e nt e r o f B l a s t an d R o e k 一 5 0 11 , C e ntr a l S o u ht U n i v e rs ity, Ch an g s h a 4 l 0 0 8 3 , C h i n a A B S T R A C T A n e x P e r im e n t a l s y s t e m o f b l a s t m o d e l o f t h r e e 一 d im e n s i o n 勿 n am i e a s t i gm at i e Ph o t o 一 e l a s t i c ity 1 5 e st a b li s h e d b y u s i n g t h e ru b y P u l s e l a s e r a PP ar atu s . B y d e t o n at e d t h e e o l um n a n d tr iP 一 s h a P e d e h ar g e a t o n e s id e , wt o s id e s o r o r i n ht e m id 一 P o i n t , fo ur 即 n am i e s t r e s s fr i n g e Pat e nr s o f ht e s a m e s e e t i o n at fo ur d i fe r e n t s e e o n d ar e g o t , t h e n t h e 方an m i c s t r e s s if e ld o f htr e e k i n d o f b l a s t m o d e l 1 5 c o n s tr a s t e d a n d an a ly z e d . Fi n a ll y ht e e o r e s P o n d i n g e o n e l u s i o n s o f b l a s t e fe e t aer g o t . K E Y WO R D e o l um n an d s tr iP e d e h a gr e ; 勿 n a m i c Ph o t o 一 e l a s t i c iyt : b l a s t : s t r e s s if e ld : ht e P o i n t o f d e t o n a t e d 科 研成 果 介绍 金刚石薄膜涂层硬质合金工具开发 金 刚石 薄膜涂层硬质合金工 具 由于 性能优异 、 成本相 对较低 ( 与 P C O 和 金刚石 厚膜钎焊工 具 相 比 ) 、 适应于 复杂形状工 具衬底沉积 , 以及可 大批量沉积等优点 , 具 有非常好 的 市场前 景 . 金 刚石 薄膜涂层 硬质合金工具开 发 的关键是解决 金刚石 薄膜在硬质合金衬底上 的生长 ( 沉积 ) 和 良好 附 着 的技术 . 本项 目成果采用 独特 的衬底预 处理 和优化 的金 刚石膜 沉积工艺 , 已 经解决 了 C o 对金 刚 石 膜生 长和 附着 的有害影 响问题 . 在 Y G 类硬质合金 衬底 所沉积的金刚石 膜涂层厚度可 达 20 一 30 林m . 用洛 氏硬度 压痕法评定 的金 刚石 膜附着力时的 无裂纹临界载荷达 1 . s kN 以 上 . 在 铣削 lA 一 12 % iS 合金 时 , 金 刚石 薄膜涂层 的 Y G 6 铣刀 比未涂层硬质 合金 刀 片使用 寿命可提高 20 倍 以上 . 本成果是基 于我 们 已经取得 的 两项关 于金 刚石膜低温沉积技术 和硬质合金 衬低激光预处理技 术 的发 明专利 ( z L 9 1 1 0 2 5 84 . 7 , z L 93 1 19 4 34 .2 ) , 以 及最 近完 成的 另外二 项关于 使用 特殊钻化物过 渡层提高金 刚石薄膜 附着力 的技术 ( 已 申请发 明专利 , 申请号 : 9 9 10 7 9 12 . 4 , 0 1 13 0 9 0 3 . 2) . 此外 , 本项 目组正 在进行工业化生产设备 和技术 的研 究开发 , 原型 设备研制 已 接近 完成 , 其特点是摒 弃通 常 C V D 设 备的平面 沉积方式 , 采用立体 ( 空 间 )沉积方式 , 因此可 以一次沉积大量工 件 . 最终工业化设 备 的 目标是一 次涂覆 可转位 刀 片( 或钻 头 ) 3 0 只 以上
