книги из ГПНТБ / Миндели, Э. О. Разрушение горных пород учебное пособие

зывается больше первоначального угла 2 а в вершине конуса обли­ цовки до ее деформации. Точка А — вершина вновь образовавше­ гося клина (точка схождения стенок) по мере обжатия облицовки перемещается с некоторой скоростью и0 в направлении распростра­ нения детонации. Если ввести подвижную систему координат, свя­ занную с точкой А , то в этой системе материал оболочки можно рассматривать как два потока одинаковых плоских струй, втекающих под некоторым углом 2 |3 в точку А.

Известно, что при схождении двух одинаковых струй под углом образуется также две струи, жидкость в которых движется в проти­ воположные стороны, в направлении биссектрисы угла. Поток металла, движущийся вправо, в данном случае образует кумулятив­ ную струю, а поток, движущийся влево, — пест. Процесс при этом установившийся , что позволяет воспользоваться уравнением Бер­ нулли, которое с учетом несжимаемости материала можно записать как

р = у p0ii2= const, (XIX.l)

где и — скорость потока.

Отсюда следует, что скорость потока в любой точке будет опре­ деляться только давлением. Причем можно считать давление в любой точке рассматриваемых потоков постоянным.

В неподвижной системе координат кумулятивная струя, пере­

где иа — скорость движения образующей облицовки.

В случае плоской детонационной волны, перемещающейся вдоль оси заряда со скоростью D, из чисто геометрических соображений

Подставляя значение и0 из выражения (XIX .6) в (XIX.4) и (XIX.5), получим скорость движения кумулятивной струи и песта:

На основании закона сохранения количества движения можно определить распределение массы облицовки между струей и пестом. Пусть тс — масса, идущая в струю, а тп — масса песта, тогда

тобп = тс + тп

Горизонтальная компонента количества движения до и после разделения песта и струи должна быть одинакова, следовательно, в подвижной системе координат, связанных с точкой А , будем иметь

Опыт показывает, что коническая форма кумулятивной выемки удачна в том смысле, что при взрыве образуется струя с необходи­ мым градиентом скорости, который обеспечивает как равномерное поступление массы вещества в струю, так и линейное распределение скорости в ней.

При ударе струп о преграду, материал преграды растекается от точки удара в радиальных направленпях с большой скоростью. Диаметр образующегося отверстия непосредственно не связан с диа­ метром струи, хотя между ее энергией и объемом образующегося отверстия в преграде имеется определенная зависимость.

Скорость п глубина пронпканпя струи в преграду практически не зависят от прочности матерпала преграды в связи с тем, что давление в струе в десятки раз превосходит предел прочности боль­ шинства материалов.

Взаимодействие струи и преграды можно рассматривать как взаимодействие двух несжимаемых жидкостей.

При ударе о преграду кумулятивной струи (см. рис. 146), имеющей плотность рс, длину I и скорость ис, точка контакта струи с преградой будет перемещаться в глубь преграды, а материал пре­ грады будет течь в обратном направлении. Процесс будет длиться до тех пор, пока струя не прекратится. Относительно точки А ма­ териал преграды движется влево со скоростью ии, а струя — направо со скоростью ис — им. Полагая, что давление по обе стороны поверх­ ности контакта струи и преграды одинаковы, из уравнения Бернулли

(XIX.1) получим

Рс (“с иы)- = рм1^м* (XIX.8)

306

Глубина отверстия в преграде

L0 — uat,

где t — время действия струи,

Г л а в а XX

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕЙСТВИЯ ВЗРЫВА

§ 77. Исследование ближней зоны действия взрыва в горных породах

Изучение ближней зоны взрывного действия представляет боль­ шой интерес, так как позволяет установить количество энергии, пере­ даваемой зарядом ВВ в среду, определить потери энергии в ближней зоне, подобрать наилучшее ВВ для эффективного разрушения данной породы. В настоящее время для исследования ближней зоны действия взрыва в горных породах применяют в основном два ме­ тода: импульсное рентгеновское просвечивание и электромагнитный метод.

Метод импульсного рентгеновского просвечивания. Рентгеновское

плотностью, по-разиому поглощают рентгеновские лучи, благодаря чему на регистрирующем экране появляется теневое изображение исследуемого объекта и его внутренняя структура.

Для регистрации быстропротекающих процессов применяют им­ пульсную съемку, при которой длительность действия рентгенов­ ских лучей составляет 0,1—0,5 мс, что позволяет изучать процессы при скоростях, достигающих 3000—5000 м/с,

С помощью рентгеноимпульсной съемки можно определять вели­ чину и скорости смещения границы раздела ВВ — среда при различ­ ных способах взрывания в ближней зоне взрыва, производить изме­ рения средней плотности вещества в ближней зоне взрыва, изучать характер развития трещин в образцах горных пород под действием взрывных и ударных нагрузок.

Для получения рентгеновских снимков за десятые доли микро­ секунды применяют специальные рентгеновские трубки с холодным

2500 кВ и более электроны, вырываясь из катода, разгоняются в электрическом поле до больших скоростей. Попадая на анод, электроны тормозятся и при этом излучают непрерывное рентгенов­ ское излучение большой мощности. Высокое напряжение в трубке получается при помощи нескольких блоков генераторов импульс­ ного напряжения, которые представляют собой батарею конденса­ торов, соединенных параллельно, заряжаемую до начального на­ пряжения 70—100 кВ. В момент подачи пускового сигнала проис­ ходит пробой разрядных промежутков на генераторе, благодаря чему конденсаторы в батарее соединяются последовательно, что при-

Рис. 147. Блок-схема рентгеновской импульсной установки ИГД им. А. А. Ско-

чннского:

1 — вакуумная взрывная камера; 2 — образец горной породы; з — кассеты с рентгеновской

пленкой; 4 — рентгеновские трубки; 5 — генераторы импульсного высокого напряжения; б — линии задержки срабатывания рентгеновских трубок; 7 — блок синхронизации; S — взрывная магистраль; 9 — высоковольтный выпрямитель; 1 0 — датчик для запуска установки;

1 1 — вольтметр; 1 2 — питание сети

водит к увеличению напряжения до 1000—2000 кВ. В некоторых случаях для получения высокого напряжения (например, на уста­ новках типа ИРА-1) используют разряд конденсатора через первич­ ную обмотку импульсного трансформатора.

Несколько снимков подряд получают, применяя несколько трубок, обычно три — шесть, направленных на исследуемый объект. Для создания задержки между срабатыванием каждой из трубок исполь­ зуют емкостно-индуктивную линию задержки на основе высоко­ вольтных конденсаторов емкостью 0,022 мкФ.

Синхронизация работы установки и исследуемого явления осу­ ществляется при помощи блока синхронизации, запускающего установку в нужный момент от датчика, помещенного в требуемой точке заряда ВВ. Взрывание осуществляется во взрывной камере, в которой предусмотрена защита рентгеновской регистрирующей пленки от осколков модели и продуктов детонации. Блок-схема

308

требуют специальных дополнительных устройств (датчиков), пре­ образующих механические параметры взрывного процесса в электри­ ческие величины, которые регистрируются на осциллографе.

Скоростная съемка действия взрыва. позволяет измерять вели­ чины смещений среды при взрыве, регистрировать интенсивность

меры первого вида позволяют осуществить прерывистую покадро­ вую регистрацию процесса. Камеры второго вида предназначены для непрерывной скоростной фоторегпстрацнп исследуемого процесса. С их помощью можно получить как развернутое изображение без деления на кадры, так и изображение в виде серии последовательных кадров.

Камеры первой группы имеют частоту съемки 12—15 тыс. кадров

плп стеклянной прпзмы в ту же сторону п с той же скоростью, что и пленка (оптпческая компенсация). К камерам этой группы отно­ сится скоростная киносъемочная камера СКС-1. Ко второй группе относятся многообъектпвные камеры, в которых изображение на пленке образуется с помощью ряда одинаковых оптических систем, работающих поочередно. Съемка производится на движущуюся

торах) СФР происходит непрерывное относительное перемещение изображения и фотослоя, в результате чего изображение получается развернутым (режим фоторегпстратора). Скорость развертки в этих камерах достигает 4000 м/с. Обычно эти камеры позволяют получать также изображение в виде последовательных кадров (режим лупы времени). К камерам этого типа относятся аппараты СФР, ЖФР, которые отличаются только режимом синхронизации момента взрыва и начала съемки. В камерах СФР устанавливается опре­ деленное расчетное опережение начала съемки. Более удобными с точки зрения синхронизации являются камеры типа ЖФР, имеющие ждущую развертку, запускаемую от самого исследуемого процесса.

Большой интерес представляют аппараты, в которых смещение кадрового изображения осуществляется электронно-оптическим пре­ образователем. Эти аппараты наиболее перспективны в отношении достижения чрезвычайно больших частот киносъемки. Принцип работы электронно-оптического преобразователя (ЭОП) заключается в следующем. С помощью объектива на фотокатод ЭОП проектиру­ ется изображение исследуемого объекта. Под действием света фото-

310

катод излучает электроны, которые ускоряются приложенным к ка­ мере ЭОП высоковольтным напряжением и фокусируется на люмине­ сцентный экран. На экране возникает оптическое изображение, име­ ющее большую яркость, чем яркость изображения на фотокатоде. При­ менение последовательно нескольких таких камер в ЭОП позволяет получить на его выходе изображение с необходимой яркостью. Выпускаемые отечественной промышленностью лупы времени ЛВ-01 и ЛВ-02 с ЭОП позволяют проводить работу как в режиме кадровой съемки, так и в режиме фоторегистрации. Регистрация изображения с экрана ЭОП производится фотокамерой «Ленинград».

Основные характеристики камер, применяемых для исследования взрывных процессов, приведены в табл. 65.

Светолучевые магнитоэлектрические осциллографы. Эти приборы применяют для регистрации электрических сигналов, поступающих от различных датчиков.

Принцип работы светолучевого осциллографа заключается в сле­ дующем. Луч от источника света попадает на магнитоэлектрический гальванометр. Свет, отражаясь от зеркальца гальванометра, попа­ дает в фотокассету и на экран визуального наблюдения. Если ток

311

вгальванометре отсутствует, то рамка с зеркальцем удерживается

всреднем положении. При подаче сигнала ток, протекающий по рамке гальванометра, заставляет отклоняться рамку на угол, про­ порциональный силе тока. Отклонение рамки приводит к отклонению светового луча. Для развертки процесса во времени бумага или

пленка протягивается специальным устройством, а луч, идущий на экран визуального наблюдения, разворачивается вращающимся зеркальным барабаном.

В настоящее время наиболее широко применяют следующие свето­ лучевые осциллографы: Н-102 (МПО-2), малогабаритный переносной осциллограф Н-700 (ПОБ-14М), Н-105, комплект К-105. Последний состоит из осциллографа Н-105, соединительных разъемов и двух магазинов шунтов и добавочных сопротивлений, позволяющих регулировать величину входного сигнала. Основные данные указан­ ных осциллографов приведены в табл. 66.

Необходимо отметить, что вследствие большой инерционности гальванометров максимальная частота процессов, которые могут регистрировать светолучевые осциллографы, не превышает несколь­ ких киллогерц.

Электронные осциллографы. Принцип работы этих приборов заключается в применении электронного луча для регистрации электрического напряжения. Луч формируется электронной пушкой электролучевой трубки п попадает на экран, где под действием потока электронов пропсходпт высвечивание люминофора. На пути луча имеются вертикальные п горизонтальные пластины, позволя­ ющие при подаче на них электрических напряжений производить отклонение луча соответственно по горизонтали и вертикали.

Чаще всего смещение луча по горизонтали делают равномерными, т. е. пропорциональными времени с помощью специальных устройств, называемых генераторами развертки. Если отклонение луча по вер­ тикали будет пропорционально измеряемой величине, то луч на экране оппшет изменение этой величины во времени. Вследствие почти пол­ ной безинерционности электронного луча и малого отбора мощности

312

эти осциллографы часто используют при разнообразных исследо­ ваниях взрывных и других быстро протекающих процессов.

Наиболее широко применяют при регистрации взрывных про­ цессов электронные осциллографы типа CI-24 (ОК-17М), CI-29, CI-33. Основные характеристики этих осциллографов приведены

втабл. 67.

§79. Методы и средства преобразования различных механических параметров взрыва в электрические величины

Как указывалось выше, средства регистрации (съемочные камеры и осциллографы) позволяют регистрировать оптические и электриче­ ские величины. Существует ряд методов и средств преобразования механических параметров действия взрыва в среде в регистрируемые величины. Из оптических методов в настоящее время наиболее широко применяют для исследования динамического напряженного состояния твердых сред поляризационно-оптический метод, а для исследования упругопластических деформаций методы фотоупругих

меняют для измерения напряжений на моделях из прозрачных опти­ ческих активных материалов (органические стекла и высокомолеку­ лярные соединения: целлулоид, плексиглас, бакелит и др.). Метод основан на способности этих материалов приобретать свойства двойного лучепреломления под действием напряжений. При про­ свечивании моделей из таких материалов поляризованным светом, регистрируя съемочной камерой распространение во времени изо­ хром (полос, являющихся геометрическим местом постоянной вели­ чины напряжений), получают общую картину распределения напря­ жений в модели.

М е т о д ф о т о у п р у г и х п о к р ы т и й позволяет изме­ рять напряжения или деформации оптически активного материала, наносимого в виде тонкого слоя на поверхность исследуемого объекта. При прочном сцеплении точек поверхности объекта и нанесенного

313

'Слоя смещение точек исследуемой поверхности вызывает соответ­ ствующие деформации нанесенного слоя, замеряемые обычными спо­ собами фотоупругостн. В качестве фотоупругих покрытий применяют материалы на основе эпоксидных смол. Метод можно применять

в том, что при наложении двух сеток из чередующихся темных и свет­ лых промежутков образуются муаровые полосы, отражающие пара­ метры смещений и деформаций. Метод муаровых полос позволяет измерять деформации и скорости распространения напряжений в определенном направлении на поверхности прозрачных и непро­ зрачных моделей плп внутри объема прозрачных моделей.

Регистрация движения муаровых полос при нагружении осуще­ ствляется с помощью скоростной фоторегистрации. Метод обладает безынерционностьто, высокой точностью, большой наглядностью и объемом одновременно получаемой информации.

Д л я п р е о б р а з о в а н и я м е х а н и ч е с к и х п а р а ­

пряжения в настоящее время широко применяют пьезоэлектриче­ ские датчики. Принцип работы этих датчиков основан па пьезо­ электрическом эффекте, который значительно выражен в таких минералах, как кварц, сегнетовая соль, ряд специальных керамик и др., п заключается в появлении электрического заряда на поверх­ ности датчика при воздействии на него давления. Сила, действующая на датчик,

F = aS,

где а — напряжение; S — площадь поверхности датчика.

Под действием этой силы па поверхности датчика возникает электрический заряд

Q = Fd,

где d — пьезоэлектрический модуль.

При регистрации электрического сигнала электронным осцилло­ графом измеряемое напряжение

тде с — емкость измерительной системы.

Величина механического напряжения о может быть определена по известной чувствительности осциллографа а и величине откло­ нения луча h по формуле

314