用于爆炸应力波与运动裂纹相互作用机理研究的系统技术方案

本实用新型专利技术公开了用于爆炸应力波与运动裂纹相互作用机理研究的系统，包括落锤提升机(1)、自动卡槽装置(2)、电磁弹射装置(3)、落锤(4)、冲头(5)、刀片夹具(6)、刀片(7)、预制裂纹(8)、模型(9)、炮孔(10)、爆炸加载夹(11)、模型支架(12)、测速仪(13)、测速预留孔(14)、脉冲起爆器(15)、控制装置(16)、加载架(17)、起爆探针(18)、信号屏蔽线；可以通过调节实验中多功能冲头的刀片数量，炮孔数量等实现单裂纹或多裂纹扩展过程中与单孔或多孔爆炸应力波的相互作用关系，实验系统具有很强的灵活性，为科学、定量地研究岩石在耦合动载作用下的破坏机理提供参考。

Study on the mechanism of interaction between explosive stress wave and moving crack

\u672c\u5b9e\u7528\u65b0\u578b\u516c\u5f00\u4e86\u7528\u4e8e\u7206\u70b8\u5e94\u529b\u6ce2\u4e0e\u8fd0\u52a8\u88c2\u7eb9\u76f8\u4e92\u4f5c\u7528\u673a\u7406\u7814\u7a76\u7684\u7cfb\u7edf\uff0c\u5305\u62ec\u843d\u9524\u63d0\u5347\u673a(1)\u3001\u81ea\u52a8\u5361\u69fd\u88c5\u7f6e(2)\u3001\u7535\u78c1\u5f39\u5c04\u88c5\u7f6e(3)\u3001\u843d\u9524(4)\u3001\u51b2\u5934(5)\u3001\u5200\u7247\u5939\u5177(6)\u3001\u5200\u7247(7)\u3001\u9884\u5236\u88c2\u7eb9(8)\u3001\u6a21\u578b(9)\u3001\u70ae\u5b54(10)\u3001\u7206\u70b8\u52a0\u8f7d\u5939(11)\u3001\u6a21\u578b\u652f\u67b6(12)\u3001\u6d4b\u901f\u4eea(13)\u3001\u6d4b\u901f\u9884\u7559\u5b54(14)\u3001\u8109\u51b2\u8d77\u7206\u5668(15)\u3001\u63a7\u5236\u88c5\u7f6e(16)\u3001\u52a0\u8f7d\u67b6(17)\u3001\u8d77\u7206\u63a2\u9488(18)\u3001\u4fe1\u53f7\u5c4f\u853d\u7ebf\uff1b\u53ef\u4ee5\u901a\u8fc7\u8c03\u8282\u5b9e\u9a8c\u4e2d\u591a\u529f\u80fd\u51b2\u5934\u7684\u5200\u7247\u6570\u91cf\uff0c\u70ae\u5b54\u6570\u91cf\u7b49\u5b9e\u73b0\u5355\u88c2\u7eb9\u6216\u591a\u88c2\u7eb9\u6269\u5c55\u8fc7\u7a0b\u4e2d\u4e0e\u5355\u5b54\u6216\u591a\u5b54\u7206\u70b8\u5e94\u529b\u6ce2\u7684\u76f8\u4e92\u4f5c\u7528\u5173\u7cfb\uff0c\u5b9e\u9a8c\u7cfb\u7edf\u5177\u6709\u5f88\u5f3a\u7684\u7075\u6d3b\u6027\uff0c\u4e3a\u79d1\u5b66\u3001\u5b9a\u91cf\u5730\u7814\u7a76\u5ca9\u77f3\u5728\u8026\u5408\u52a8\u8f7d\u4f5c\u7528\u4e0b\u7684\u7834\u574f\u673a\u7406\u63d0\u4f9b\u53c2\u8003\u3002

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及光测力学研究领域的动态裂纹扩展研究实验方法，尤其涉及一种研究爆炸应力波与运动裂纹相互作用机理的实验系统。
技术介绍
目前爆破技术广泛应用于各种大型工程项目中，如三峡工程的硐室开挖、高速铁路的穿山隧道等，在实际爆破工程中，爆破对象往往是大体量的岩体，这就需要布置大量的炸药进行爆破作业，在爆破过程中，由于人为的控制或者火工品的精度问题，各个炮孔中的炸药的爆炸时间或多或少会存在一定的间隔，这导致了爆生运动裂纹与后爆爆炸应力波之间产生相互作用的问题，这种耦合作用对裂纹的扩展将产生何种影响，有必要进行研究。随着科技的进步，用于光测力学的实验设备也在不断更新，目前，已有许多国内外的学者通过先进的实验设备对爆炸应力波与静态裂纹的相互作用机理进行了研究，取得了一系列的成果，但是，对于爆炸应力波和运动裂纹相互作用机理的研究较少，因此，本技术是对该研究领域的一项重要补充，为岩石在耦合动荷载作用下的裂纹扩展机理提供研究方法，具有重要的理论和实际意义。
技术实现思路
本技术提供了一种用于爆炸应力波与运动裂纹相互作用机理研究的系统。该系统能够实现在实验模型中产生一条或多条沿任意方向扩展的运动裂纹，在裂纹产生的同时通过引爆一个或者多个药包产生一个或者多个爆炸应力波，用于研究爆炸应力波与运动裂纹的相互作用机理。通过研究单个或者多个运动裂纹扩展时对应力波的传播产生的影响，以及单个或者多个爆炸应力波对裂纹扩展速度、方向的影响，从而科学、定量的研究爆炸应力波与运动裂纹的互相作用机理。本技术的目的是通过以下技术方案实现的：用于爆炸应力波与运动裂纹相互作用机理研究的系统，包括落锤提升机(1)、自动卡槽装置(2)、电磁弹射装置(3)、落锤(4)、冲头(5)、刀片夹具(6)、刀片(7)、预制裂纹(8)、模型(9)、炮孔(10)、爆炸加载夹(11)、模型支架(12)、测速仪(13)、测速预留孔(14)、脉冲起爆器(15)、控制装置(16)、加载架(17)、起爆探针(18)、信号屏蔽线；电磁弹射装置包括线圈(24)和永磁体(25)，线圈(24)固定在加载架(17)上，永磁体(25)与落锤(4)连为一体；自动卡槽装置(2)固定在加载架(17)上，永磁体(25)上有凹槽，可以卡在自动卡槽装置(2)上，阻止落锤(4)下落；落锤提升机(1)为电机，落锤提升机(1)与永磁体(25)通过拉线(26)相连；自动卡槽装置(2)上设置有接触开关，接触开关信号屏蔽线(21)传递到控制装置(16)。所述的系统，模型(9)预制多条裂纹(8)和多个炮孔(10)，炮孔内填装炸药，每个炮孔都埋入起爆探针(18)，另一端穿过爆炸加载夹(11)、模型支架(12)固定模型(9)，通过螺栓将模型支架(12)与加载架(17)固定。所述的系统，起爆探针(18)为两根漆包线拧在一起，相互缠绕后用剪刀剪掉一端尖端，埋入炮孔(10)内，另一端用砂纸打磨后穿过爆炸加载夹(11)的预留小孔，与脉冲起爆器(15)相连。所述的系统，爆炸加载夹(11)朝向模型(9)部分，预留有一圈凹槽，在凹槽内放入橡皮圈，拧紧螺栓堵塞炮孔(10)，使炮孔(10)被爆炸加载夹完全堵塞。所述的系统，设置多个刀片(7)。所述的系统，刀片(7)与模型(9)相接触，保持垂直，并通过螺栓与刀片夹具(6)相连。所述的系统，预制裂纹(8)数量为1-3条。所述的系统，脉冲起爆器(15)有多个信号输出端口。本技术的优点在于：(1)能够实现冲击与爆炸荷载的同时施加；(2)用于施加冲击荷载的落锤可以通过落锤提升机，自动卡槽，电磁弹射装置实现自动加载与提升，并通过改变电磁弹射装置内线圈电流的大小，改变落锤下落的速度，实现不同大小荷载的施加；(3)能够实现动焦散与动光弹的同光路同系统，适当调整场镜，可以实现两种实验的切换；(4)系统利用多用途冲头，可根据实验需要组装和拆卸，操作简便；(5)落锤在下落的过程中，将沿着加载架下落，能够实现与冲头的对心撞击，为实验的可靠性提供保障；(6)系统使用多通道控制装置，能够实现对多个药包的同时起爆，使系统具有更广泛的应用价值。本实验系统已进行了相关的实验，得到了较好的实验结果。附图说明图1为本技术加载架结构图；图2为本技术的冲头、刀片夹具、刀片；图3为本技术的模型固定装置和方法示意图；图4为本技术的落锤结构示意图；图5为本技术的电磁弹射装置结构示意图；图中：1落锤提升机、2自动卡槽、3电磁弹射装置、4有导轨的落锤、5冲头、6刀片夹具、7刀片、8预制裂纹、9模型、10炮孔、11爆炸加载夹、12模型支架、13测速仪、14测速预留孔、15脉冲起爆器、16控制装置、17加载架、18起爆探针、19-23信号屏蔽线、24线圈、25永磁体、26拉线。具体实施方式以下结合具体实施例，对本技术进行详细说明。参考图1-5，用于爆炸应力波与运动裂纹相互作用机理研究的系统，包括落锤提升机1、自动卡槽装置2、电磁弹射装置3、落锤4、冲头5、刀片夹具6、刀片7、预制裂纹8、模型9、炮孔10、爆炸加载夹11、模型支架12、测速仪13、测速预留孔14、脉冲起爆器15、控制装置16、加载架17、起爆探针18、信号屏蔽线19-23。其中，电磁弹射装置包括线圈24和永磁体25，线圈24固定在加载架17上，永磁体25与落锤4连为一体。自动卡槽装置2固定在加载架17上，永磁体25上有凹槽，可以卡在自动卡槽装置2上，阻止落锤4下落。所述冲头5下部设置有容纳刀片夹具6的卡槽，卡槽中设置与刀片夹具相同数量的通孔，与设置在刀片夹具6上的通孔配合将刀片夹具6固定在冲头下部，刀片夹具6的下部设置容纳刀片7的卡槽，利用卡槽和螺栓将刀片7固定在刀片夹具6中。可根据实验需要组装和拆卸刀片夹具及刀片，操作简便。落锤提升机1为电机，落锤提升机1与永磁体25通过拉线26相连。利用控制装置16设置线圈24的电流大小，通过线圈24作用在永磁体25的电磁力对落锤4进行加速，落锤4和永磁体25共同沿加载架17的导轨下落，在落锤下落过程中，拉线26随着落锤4的下落自然伸长。实验完成后，通过控制装置16控制落锤提升机1卷起拉线26将落锤4提升。与落锤4连为一体的永磁体25与自动卡槽装置2卡住后，触发自动卡槽装置2上的接触开关产生通断信号，通过信号屏蔽线21传递到控制装置16，控制装置16接到信号后，将切断提升机电源，使落锤4停止提升。落锤4沿着加载架17下落，保证了下降过程的稳定性，当落锤4与冲头5刚接触时，测速仪13将采集落锤4击中冲头5时刻的速度，并同时发出通断信号，通过信号屏蔽线传递至控制装置16，再由控制装置16发出信号传递至脉冲起爆器15，脉冲起爆器15使起爆探针18产生瞬间强电压引爆炸药，实现冲击与爆炸荷载同时作用于模型；冲头5在冲击荷载作用下，使刀片7对模型9施加荷载，使裂纹扩展，同时炸药起爆后，爆炸应力波将以炮孔10为圆心在模型9中向四周传播，爆炸应力波在模型9中与运动裂纹相遇，使裂纹处在耦合动载的作用下；模型9可以根据实验目的预制多条裂纹8和多个炮孔10，完成模型9的加工之后，在炮孔内填装炸药，每个炮孔都埋入起爆探针18，另一端穿过爆炸加载夹11，然后拧紧爆炸加载夹11的螺栓，将炮孔10堵严，然后用模型本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于爆炸应力波与运动裂纹相互作用机理研究的系统，其特征在于，包括落锤提升机(1)、自动卡槽装置(2)、电磁弹射装置(3)、落锤(4)、冲头(5)、刀片夹具(6)、刀片(7)、预制裂纹(8)、模型(9)、炮孔(10)、爆炸加载夹(11)、模型支架(12)、测速仪(13)、测速预留孔(14)、脉冲起爆器(15)、控制装置(16)、加载架(17)、起爆探针(18)、信号屏蔽线；电磁弹射装置包括线圈(24)和永磁体(25)，线圈(24)固定在加载架(17)上，永磁体(25)与落锤(4)连为一体；自动卡槽装置(2)固定在加载架(17)上，永磁体(25)上有凹槽，可以卡在自动卡槽装置(2)上，阻止落锤(4)下落；落锤提升机(1)为电机，落锤提升机(1)与永磁体(25)通过拉线(26)相连；自动卡槽装置(2)上设置有接触开关，接触开关信号屏蔽线(21)传递到控制装置(16)。

【技术特征摘要】
1.用于爆炸应力波与运动裂纹相互作用机理研究的系统，其特征在于，包括落锤提升机(1)、自动卡槽装置(2)、电磁弹射装置(3)、落锤(4)、冲头(5)、刀片夹具(6)、刀片(7)、预制裂纹(8)、模型(9)、炮孔(10)、爆炸加载夹(11)、模型支架(12)、测速仪(13)、测速预留孔(14)、脉冲起爆器(15)、控制装置(16)、加载架(17)、起爆探针(18)、信号屏蔽线；电磁弹射装置包括线圈(24)和永磁体(25)，线圈(24)固定在加载架(17)上，永磁体(25)与落锤(4)连为一体；自动卡槽装置(2)固定在加载架(17)上，永磁体(25)上有凹槽，可以卡在自动卡槽装置(2)上，阻止落锤(4)下落；落锤提升机(1)为电机，落锤提升机(1)与永磁体(25)通过拉线(26)相连；自动卡槽装置(2)上设置有接触开关，接触开关信号屏蔽线(21)传递到控制装置(16)。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，模型(9)预制多条裂纹(8)和多个炮孔(10)，炮...

【专利技术属性】
技术研发人员：方士正，王煦，陈程，左进京，许鹏，丁晨曦，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：新型
国别省市：北京;11