电子雷管抗冲击性能评估与优化设计方法技术

本发明专利技术公开了一种电子雷管抗冲击性能评估与优化设计方法，抗冲击性能评估方法包括抗冲击强度测试；现场冲击荷载测试及统计分析；反演计算现场爆破环境下爆破孔内的真实冲击荷载峰值的概率分布函数；构建应力

【技术实现步骤摘要】
电子雷管抗冲击性能评估与优化设计方法


[0001]本专利技术涉及工程爆破中电子雷管性能评价技术，特别是一种工程爆破领域基于应力
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强度干涉模型的电子雷管抗冲击性能评估方法及其优化设计方法。

技术介绍

[0002]工业电子雷管采用芯片模组取代传统雷管中的延期药及点火装置，提高了雷管延期精度与起爆网路微差设计的灵活性，有利于行业安全与数字化监管水平的提升。近年来，在行业主管部门的大力推动下，电子雷管将成为起爆器材行业的发展重点。
[0003]作为电子雷管产品动态质量特性的重要指标之一，抗冲击可靠性已贯穿到产品的开发、设计、生产、试验、使用的各个环节中。发展和建立科学合理的可靠性分析理论与方法对于指导产品的可靠性设计，提高产品质量都具有十分重要的意义。
[0004]现有的研究都是基于霍普金森杆或撞击器、振动机的室内试验，无法真实反映电子雷管在炮孔内的真实赋存环境，无法再现电子雷管在爆破中所受到的超高频、高幅值冲击荷载，也无法反映延期时间、岩体条件、耦合条件等影响。虽然已有学者将应力
‑
强度干涉理论用于火工品的可靠性设计，如《基于应力
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强度干涉模型的火工品可靠性设计方法》(北京理工大学学报2014)一文仅对火工品的发火可靠性和安全进行了研究，未研究电子雷管的抗冲击性能，未考虑失效概率和设计裕度的判别，也未考虑火工品在炮孔内的真实赋存环境如岩体特性、延期时间、群孔效应等，未能兼顾厂内生产和现场应用两个环节的差异。现有的电子雷管抗冲击性能评估与优化设计方法的缺失，已经成为制约电子雷管质量持续提到的主要障碍。基于此，本专利技术提出了一种基于应力
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强度干涉模型的电子雷管抗冲击性能评估方法及其优化设计方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的第一目的就是针对现有技术中缺少电子雷管抗冲击性能评估的不足，提供一种电子雷管抗冲击性能评估方法，该方法通过对多个电子雷管进行抗冲击强度试验获得抗冲击强度分布函数；通过现场环境下的冲击荷载试验和基于萨道夫斯基的冲击波荷载衰减基础理论反演计算，获得现场环境下的炮孔内真实冲击荷载分布函数；并基于前述两个分布函数构建的应力
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强度干涉模型，且依此干涉模型计算电子雷管的安全裕度N和电子雷管在现场爆破环境下的失效概率F，进而与预先确定的安全裕度指标Nc和安全性指标β进行比较的综合判断，从而完成评估过程。本专利技术以岩石钻孔爆破中电子雷管失效为研究背景，建立基于应力
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强度干涉理论建立失效率模型，为电子雷管核心元件和系统的可靠性分析、设计以及全生命周期管理提供科学理论与方法。本专利技术的第二目的是，提供具有前述评估过程的电子雷管优化设计方法。
[0006]为实现第一目的，本专利技术采用如下技术方案。
[0007]一种电子雷管抗冲击性能评估方法，包括以下步骤；
[0008]S1、抗冲击强度测试：通过冲击模拟试验确定雷管冲击失效的临界荷载值，对试验
数据进行统计分析，得到该批次电子雷管的抗冲击强度r的概率分布函数g(r)=(r1，r2，
……
，r
n
)；其中，n是冲击模拟试验次数；
[0009]S2、现场冲击荷载测试及统计分析：通过多个现场测试孔进行测试孔内冲击荷载测试，确定电子雷管在测试孔中的冲击荷载峰值，对试验数据进行统计分析，得到现场环境下的测试孔内冲击荷载峰值的概率分布函数h(s)=h(s1，s2，
……
，s
m
)；其中，m是现场测试孔内冲击测试次数；
[0010]S3、反演计算现场爆破环境下爆破孔内的真实冲击荷载峰值s的概率分布函数f(s)：基于萨道夫斯基的冲击波荷载衰减基础理论、测试孔(3)的位置与爆破孔(2)排布的排距参数关系，以及测试孔内冲击荷载峰值的概率分布函数h(s)，构建反演计算公式，并通过反演计算公式反演计算得到现场爆破环境下爆破孔内的真实冲击荷载峰值s的概率分布函数f(s)＝f(s1，s2，
……
，s
m
)
[0011]S4、构建应力
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强度干涉模型，计算失效概率：将电子雷管的抗冲击强度的概率分布函数f(r)和现场爆破环境下的冲击荷载强度的概率分布函数f(s)绘制在同一坐标系中，以形成基于应力
‑
强度干涉理论的失效率模型，并以此计算电子雷管的安全裕度N和电子雷管在现场爆破环境下的失效概率F；
[0012]S5、抗冲击性能评估：基于电子雷管的可靠性指标β和设计安全裕度Nc进行抗冲击性能评估；若F＜1
‑
β或N＜Nc，则该批次电子雷管的抗冲击强度被评价为“不合格”；若F≤1
‑
β且N≥Nc，则该批次电子雷管的抗冲击强度被评价“合格”。
[0013]采用前述方案的电子雷管抗冲击性能评估方法，通过对多个电子雷管进行抗冲击强度试验获得抗冲击强度分布函数；通过现场环境下的冲击荷载试验和基于萨道夫斯基的冲击波荷载衰减基础理论反演计算，获得现场环境下的炮孔内真实冲击荷载分布函数；并基于前述两个分布函数，以及应力
‑
强度干涉理论构建的失效率模型，且以此计算得到的电子雷管的安全裕度N和电子雷管在现场爆破环境下的失效概率F，进而与预先确定的安全裕度指标Nc和可靠性指标β对应的失效率进行比较判断，从而形成包括失效率和安全裕度的综合评估结果。本专利技术通过以岩石钻孔爆破中电子雷管失效为研究背景，建立基于应力
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强度干涉理论的失效率模型，为电子雷管核心元件和系统的可靠性分析、设计以及全生命周期管理提供理论基础与方法。其中，冲击模拟试验次数n，以及现场测试孔内冲击测试次数m均等同于对应的雷管试验数量。为确保测试结果准确以及从测试的安全性考虑，冲击模拟试验最好在水箱内的水下进行，以利用水在强冲击下具有近乎不可压缩的特性，使爆破冲击波能够在水中形成规律性不改变的良好传播，从而获得科学、可靠的试验数据，且测试安全性也可通过箱子保证。爆破孔内电子雷管所受到的真实冲击荷载可通过在爆破现场或爆破模拟现场的测试孔内设置由耦合介质埋设的冲击传感器，并由冲击传感器接收真实爆破产生并传导到冲击传感器的冲击波荷载，冲击波采集仪采集并记录传感器获取的冲击波荷载，以基于传感器的冲击波荷载数据，以及测试孔的设置位置参数与爆破孔的布孔参数关系，通过预先构建的计算公式计算作为炮孔内电子雷管所受真实冲击波荷载，以便为分析电子雷管失效原因、电子雷管结构设计和选型提供真实、可靠的依据。其中，计算公式可基于萨道夫斯基的冲击波荷载衰减函数的基础公式，以及爆破现场或模拟爆破现场的地质条件的冲击波衰减系数经验值等，通过适当修正获得。为防止冲击传感器被爆炸的冲击波破坏，测试孔与最近的爆破孔的距离应大于爆破孔的布孔排距。冲击传感器可借助测试孔内
竖立的管件或杆件设在测试孔内。
[0014]优选的，在步骤S5中，所述设计安全裕度Nc不小于国家标准或行业标准中规定的最大值。以确保符合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电子雷管抗冲击性能评估方法，其特征在于，包括以下步骤；S1、抗冲击强度测试：通过冲击模拟试验确定雷管冲击失效的临界荷载值，对试验数据进行统计分析，得到该批次电子雷管的抗冲击强度r的概率分布函数g(r)＝(r1，r2，
……
，r
n
)；其中，n是冲击模拟试验次数；S2、现场冲击荷载测试及统计分析：通过多个现场测试孔进行测试孔内冲击荷载测试，确定电子雷管在测试孔中的冲击荷载峰值，对试验数据进行统计分析，得到现场环境下的测试孔内冲击荷载峰值的概率分布函数h(s)＝h(s1，s2，
……
，s
m
)；其中，m是现场测试孔内冲击测试次数；S3、反演计算现场爆破环境下爆破孔内的真实冲击荷载峰值s的概率分布函数f(s)：基于萨道夫斯基的冲击波荷载衰减基础理论、测试孔(3)的位置与爆破孔(2)排布的排距参数关系，以及测试孔内冲击荷载峰值的概率分布函数h(s)，构建反演计算公式，并通过反演计算公式反演计算得到现场爆破环境下爆破孔内的真实冲击荷载峰值s的概率分布函数f(s)＝f(s1，s2，
……
，s
m
)S4、构建应力
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强度干涉模型，计算失效概率：将电子雷管的抗冲击强度的概率分布函数f(r)和现场爆破环境下的冲击荷载强度的概率分布函数f(s)绘制在同一坐标系中，以形成基于应力
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强度干涉理论的失效率模型，并以此计算电子雷管的安全裕度N和电子雷管在现场爆破环境下的失效概率F；S5、抗冲击性能评估：基于电子雷管的可靠性指标β和设计安全裕度Nc进行抗冲击性能评估；若F＞1
‑
β或N＜Nc，则该批次电子雷管的抗冲击强度被评价为“不合格”；若F≤1
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β且N≥Nc，则该批次电子雷管的抗冲击强度被评价“合格”。2.根据权利要求1所述的电子雷管抗冲击性能评估方法，其特征在于，在步骤S5中，所述设计安全裕度Nc不小于国家标准或行业标准中规定的最大值。3.根据权利要求1所述的电子雷管抗冲击性能评估方法，其特征在于，在步骤S5中，所述可靠性指标β按下式确定：β＝Max{β1,β2,β3,β
k
}；其中，β1为由采购方电子雷管采购合同确定的可靠性指标；β2由生产厂家出厂标准规定的可靠性指标；β3由行业规范所要求的可靠性指标；β
k
是其他文件或条例所要求的可靠性指标。4.根据权利要求1所述的电子雷管抗冲击性能评估方法，其特征在于，在步骤S3中，所述反演计算公式为：式中，X为测试孔距离爆破区域最后一排炮孔的距离；B是爆破区域内炮孔的排距；ω是群孔延时爆破效应系数，综合反映延期...

【专利技术属性】
技术研发人员：冷振东，周桂松，郝亚飞，刘庆，谭翠平，涂书芳，
申请(专利权)人：中国葛洲坝集团易普力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：