水下线型聚能切割器内外炸高对射流侵彻性能的影响*

随着聚能爆炸切割技术的不断发展，线型切割器从最初的军事应用发展到民用经济建设中，特别是在大型钢结构建筑物的拆除工程中[1-3]，突显了其效率高、作业快、切割深度大、安全性强的优点。现如今，聚能切割器对水下钢结构物的作业领域也不断扩展，如水下钻井平台的拆除、沉船的打捞、钢结构桥梁水下结构的拆除和水下爆破切割弹爆破切割解决卡钻问题等[4-6]。爆炸切割技术在陆上作业的应用已趋于成熟，在空气中爆炸切割参数的研究也比较充足。然而爆炸切割技术在水下作业效果还有待探究。

设立“一带一路”领导小组，专门负责金融支持与合作，提供合理的指导与协调。通过在人民银行内设置专门的领导小组，在统筹研究下，严格遵循“一带一路”政策，鼓励银行“走出去”，鼓励商业银行依据自身实力，合理确定战略。积极开展各项统筹与协调，强化与金融机构之间的信息沟通，凝聚力量，一致对外，避免我国金融机构出现恶性竞争与无序发展现象的存在，最大限度维护国家利益，推动金融行业实现可持续发展。

温万治等基于分界面跟踪算法，利用二维多流体网格法的程序对聚能装药侵彻钢板的全过程进行了数值模拟[7]；颜事龙等进行了水下爆炸切割钢板的试验研究，通过试验方式，研究了装药性质、装药高度、炸高、药型罩厚度、装药长度和水介质对爆炸聚能切割器切割钢板深度的影响规律[8]；王宝兴等进行水下线形聚能装药切割钢板的数值模拟及试验验证，利用ANSYS/LS-DYNA软件通过数值模拟手段，研究了不同参数的聚能切割器的水下切割性能，对药型罩锥角、药型罩厚度、炸高等参数进行了对比分析[9]。国内外还有大量对线型切割器原理、参数因素等试验和数值模拟研究,但是专门针对水下线型聚能切割器内外炸高对射流侵彻性能的影响研究未见报道[10-13]。

利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对水下聚能切割器切割钢板的过程进行了数值模拟，分析了聚能射流对钢板切割性能的影响因素，系统分析水下聚能切割器的密封措施以及内、外炸高对钢板切割性能的影响。获得了在不同工况试验条件下的切割钢板深度及钢板变形模态，并针对典型工况，进行了线型聚能切割器在水中对钢板的切割性能进行试验研究。为水下聚能切割器的结构设计提供参考。

1　水下聚能切割器切割钢板的数值模拟分析

为分析水下聚能切割器对钢板的切割性能影响因素，以ANSYS/LS-DYNA软件为平台，对钢板的切割过程进行数值模拟。

1.1　计算模型

图1是所用的Ⅱ型线型聚能切割器的截面视图，如图所示切割器参数药型罩厚度为1 mm，锥角为90°，装药采用8701炸药，药型罩为铅锑合金。

图 1　试验所用切割器截面视图(单位：mm) Fig. 1　The sectional view of the cutter used in test(unit:mm)

因主要研究水介质以及炸高对射流的切割性能影响，不考虑炸药爆轰波传播、材料不均匀的因素影响。为节省计算时间，提高计算效率，采用ALE多物质流固耦合算法，建立1/2二维模型，在对称面上施加约束。其中炸药、空气、水采用欧拉网格，钢板采用拉格朗日网格。图2为有限元计算模型。

图 2　有限元计算模型 Fig. 2　Finite element computing model

1.2　材料模型

切割器模型依据试验所用切割参数建立，炸药为8701炸药，炸药及爆轰产物的材料模型采用关键字为MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN的高能燃烧模型，状态方程采用JWL方程[11]

(1)

式中:A、B、R1、R2和ω为材料参数;P为压力;V为爆轰产物的相对体积;E0为爆轰产物的初始化内能。

[8]　YAN Shi-long,WANG Yin-jun,WANG Chang-jian.Experimental research on cutting steel plate of underwater explosion[J].Explosive Materials,2004,33(2):26-29.(in Chinese)

切割器外壳为铅锑合金，采用Steinberg材料模型[14]。该模型由美国劳伦斯-利弗莫尔国家实验室提出的，着重于压力和温度对剪切模量和屈服强度的影响，适用于高应变率条件下的材料冲击响应描述，其形式为

(2)

式中:G0、b、h和f为试验确定的材料参数;p为压力;V为相对体积;R′=Rp/A，Rp是气体常数，A是原子量;Ec为冷压缩能量;Em为融化能量。

屈服强度的定义如下

按照中央能源工作“四个革命、一个合作”的总体部署，结合习近平总书记上海进口博览会期间调研提出的“5个方面”工作要求，建议进一步在能源结构调整、基础设施优化、智慧能源建设、能源改革创新、长三角协同等方面深挖潜力，实现上海能源“安全、高效、清洁、可持续”的发展。

(3)

当Em超高Ei时

(4)

式中:γi为初始弹性应变;当超过σm时，设置为与σm相等。

钢靶板为A3钢，采用Johnson-cook材料模型，水介质采用Null材料模型和GRUNEISEN状态方程，空介质气为Null材料模型，线性多项式状态方程。

1.3　数值计算结果和分析

以切割器顶部中点为起爆点，起爆后在爆轰波和爆轰产物膨胀的作用下压缩药型罩，形成金属射流。图3为爆轰波传播过程的压力云图，图4为金属射流的速度云图。

图 3　爆轰波传播过程的压力云图 Fig. 3　Pressure nephogram of the propagation of detonation wave

图 4　金属射流的速度云图 Fig. 4　Velocity nephogram of metal jet

图5为不设靶板情况下对2型线型切割器射流进行数值模拟得到的射流头部速度和距离的关系。其中位移坐标以线型切割器聚能槽顶点为原点，聚能罩高度为10 mm。该型号切割器的射流速度在17 mm即炸高为7 mm出达到最大值，然后随着距离的延长速度开始下降。

图 5　切割器射流头部速度与距离关系 Fig. 5　The velocity of jet head of different work

(1)射流在空气域内，速度不断增加，在一定范围内，空气域越大，射流的侵彻能力越强。

图 6　空气中炸高为2 mm聚能切割器切割钢板过程(单位：cm) Fig. 6　The cutting plate process in air for burst height of 2 mm(unit:cm)

图 7　空气中炸高为4mm情况下聚能切割器切割钢板过程(单位：cm) Fig. 7　The cutting plate process in air for burst height of 4mm(unit:cm)

通过图8所示聚能槽内不密封情况下的数值模拟结果，对比分析密封条件对切割性能的影响。聚能槽内存在水介质，由于水的阻力比较大，药型罩在炸药爆炸威力压垮作用下无法汇聚形成完整射流。被水阻挡的射流速度、能量、质量都十分小，甚至未能抵达钢板，不能形成切缝。在上述聚能切割器模拟的基础上，可以得出聚能槽内的水介质会阻碍射流的形成，聚能槽未密封的聚能切割器在水下对钢板的毁伤仅限于爆炸冲击作用，没有形成金属射流侵彻的切缝。针对聚能槽密封的情况下，对不同内炸高hd和水炸高hw的工况，进行数值模拟仿真，得到不同炸高条件下聚能射流对钢板的侵彻深度，如表1。见图10。

图 8　水下聚能槽不密封情况下聚能切割器切割钢板过程(单位：cm) Fig. 8　The cutting plate process underwater without shape-charge groove sealed(unit:cm)

图 9　水下聚能槽密封情况下聚能切割器切割钢板过程(单位：cm) Fig. 9　The cutting plate process underwater with shape-charge groove sealed(unit:cm)

图 10　水下聚能切割器切割钢板过程(hd=4 mm，hw=3 mm)(单位：cm) Fig. 10　The cutting plate process for inner air burst height of 4 mm and outer water burst height of 3 mm(unit:cm)

表 1　数值模拟的切割深度

Table 1　The cutting depth of numerical simulation

序号空气内炸高hd/mm水外炸高hw/mm侵彻深度/mm10010．42027．93046．14075．850103．462012．97229．88259．09285．3104014．7114310．912468．8137015．0147311．71510016．9

以第7、11、12和14四组数值模拟算例对比分析其金属射流的头部速度随炸高变化的规律，这四组算例的内炸高和水炸高分别为2 mm-2 mm，4 mm-3 mm，4 mm-6 mm，7 mm-3 mm，如图11所示，表示这4组算例的射流头部速度随炸高的变化曲线，图中虚线所示的区段为水区域。金属射流在聚能槽内初步形成，先经过一段空气区域的内炸高，然后经过水区域的水炸高，最后开始侵彻靶板。通过分析不同炸高条件下射流速度在不同区域内的变化规律和之前分析结果可以得出以下结论：

为研究分析炸高和水介质对聚能切割器对钢板的切割性能的影响，针对不同工况的水下聚能射流对钢板侵彻过程进行数值模拟计算。首先对爆炸切割器在空气中不同炸高条件下进行模拟，模拟结果如图6和图7。然后对水下条件进行模拟，其中图8为聚能槽内不密封，充水情况下的切割钢板过程，图9为聚能槽内密封，充空气情况下的切割钢板过程。

以广西南宁市青秀山景区位案例地，调研时间为2018年7月7-8日，采访使用过青秀山景区厕所的游客，共发放140份问卷，回收138份，其中有效问卷130，有效问卷率94.2%。

(2)对比内炸高为2 mm、4 mm、7 mm后水域段射流速度衰减规律，发现内炸高为2 mm的算例中，射流在水域内的衰减速度最快，在内炸高为7 mm的算例中，射流速度在水域中反倒要增加趋势，可能是由于随着内炸高的增加，给予射流形成的空间，在内炸高为7 mm时，射流相对细长，受水的阻力小于爆炸作用的驱动力，射流在水中的速度还在增加；结合之前聚能槽内不密封的算例结果，射流不能形成，可以发现，提高内炸高，金属射流的速度增加，射流更加细长，贯穿水域的能力也得到提高。

通过数值模拟和试验结果对比分析还可以发现，切割器在空气中切割钢板形成切缝周边的下陷区，是由于炸药爆炸后推动切割器外壳碎片向外运动。切割器下方的碎片撞击到钢板上，加上炸药冲击波和爆轰产物作用，形成粗糙的下陷区域。而在水中，炸药爆炸产生的能量较多的用于水中冲击波的传播和推动水介质运动。水中炸高为0的结果中，切割器外壳与钢板接触，冲击波直接传入钢板产生下陷区，且下陷区比较平滑；在炸高为4 mm和10 mm的试验结果中，钢板无下陷区，弯曲明显，这是因为炸药能量通过水中冲击波和水动能作用于钢板，冲击作用程扇形面比较平滑，使钢板发生较大弯曲。

图 11　不同炸高条件下的射流头部速度与炸高关系 Fig. 11　The velocity curve of the jet head in different work condition

2　聚能切割器水下切割钢板试验

2.1　试验方案

图12为试验设置示意图，图13为试验设置实物图。试验中使用的钢靶板为300 mm×300 mm×20 mm，在切割器的一端插入电雷管，采取端部起爆方式。对需要密封的切割器通过胶带缠绕的方式使切割器聚能槽密封。根据试验设计方案选取密封或未密封的切割器，以及炸高参数h,选取不同高度的切割器炸高支架，将切割器、炸高支架固定在钢板中心，放入水箱。在依据试验设计方案的水深参数H，倒入适量的水。

图 12　试验设置示意图 Fig. 12　Sketches of test set-up

图 13　试验设置实物图 Fig. 13　Physical graph of test set-up

2.2　试验结果及分析

试验主要研究水深、炸高参数和聚能槽是否密封对切割器水下切割钢板性能的影响，因此试验设计了9组工况，主要通过设置不同的参数进行对比试验进行分析。试验分组及结果见表2，试验结果如图14。

图14为不同工况对应的数值模拟计算的射流头部速度与位移的关系。图15模拟射流速度结果可以得出以下结论：针对在聚能槽内介质为空气的各个工况下，射流在聚能槽内的形成过程基本相似，水深和静水压力因素的影响较小；对工况1和工况4炸高为0的情况下，射流在10 mm出撞击钢板时受到炸药爆炸作用，速度还在升高；对工况8聚能槽密封，切割器与靶板之间为水介质的情况下，射流先冲击水介质导致速度下降，再侵彻靶板。

试验结果表明：空气中的切割深度普遍大于水中，聚能切割器在水中切割钢板的性能较空气中的性能有所下降；在空气中，切割深度随着炸高的增加而增加，但是在水中，切割深度随着炸高的增加而减小，如图16；未采取密封措施的切割器，不论炸高和水深多少，在水中切割钢板的深度几乎都为0，密封措施对水下聚能切割器的切割性能有极大的提高作用；在空气中，钢板无明显弯曲，而在水中，钢板弯曲普遍明显。

3　结论

(1)水下聚能切割器射流形成和侵彻钢板的机理与规律同空气中的类似。但是水会阻碍金属射流的形成，减弱金属射流的速度和动能，影响其对靶板的侵彻性能。

(2)设置空气内炸高对于提高聚能切割器对钢板的切割性能至关重要。聚能槽内的空气介质以及空气内炸高可以为射流提供形成的空间，是射流形成并具有一定的速度、形状和动能。在一定范围内，空气内炸高越大，形成的射流速度和动能越大，射流侵彻能力越强。

（二）我馆没有李铁夫素描原作收藏，但有一件“李铁夫男人体素描作品剪报”。剪报贴在硬纸上，硬纸上有李铁夫字迹：炭笔（蓝色铅笔），铁夫笔（墨笔）。

通过地膜铺设进行雨污分流的关键在于3个有效：应确保膜覆盖有效，全面覆盖、焊接严密、压固有效；确保非作业区与作业区的隔离有效，防止非作业区雨水进入作业区；确保膜上雨水导排系统有效，及时抽排至明沟。

表 2　不同参数水下聚能切割器的切割深度及宏观描述

Table 2　The cutting depth and macro description of different parameters of underwater explosive cutter

　　　　　　　　　　试验参数　　　　　　　　　　　　试验结果　　工况密封条件水深H/mm炸高h/mm切割深度d/mm宏观描述1--〛-0012．0切缝平整，切缝周边有下陷，钢板无明显弯曲2--〛-0413．2切缝平整，切缝周边有下陷，钢板无明显弯曲3--〛-01017．2切缝平整，切缝周边有下陷，钢板无明显弯曲4密封5009．5切缝较平整，切缝周边有下陷，钢板有弯曲5未密封5000．0切缝不明显，切缝周边有下陷，钢板有明显弯曲6密封250010．0切缝平整，切缝周边下陷不明显，钢板有弯曲7未密封25000．0切缝不明显，切缝周边有下陷，钢板有明显弯曲8密封25047．0切缝不整齐，深度变化较大，周边无下陷，钢板有弯曲9密封250105．0切缝不整齐，起爆端形成切缝，周边无下陷，钢板有弯曲

图 14　切割钢板试验结果 Fig. 14　The test result of cutting plate

图 15　不同工况射流头部速度与距离关系 Fig. 15　The velocity of jet head of different work conditions vs.displacement curve

(3)水对金属射流有阻碍和降温作用，会降低射流的动能和温度，削弱射流的侵彻能力；另外，在射流形成不充分，呈粗短状的时候，射流的头部面积大，则水对其阻力大。因此，空气内炸高越小，水外炸高越大，水的射流的阻碍作用越明显，对钢板的的侵彻深度越小。

图 16　切割深度随炸高变化的曲线 Fig. 16　Cutting depth vs.blasting height curve

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“图形与几何”的主要内容有：空间和平面基本图形的认识，图形的性质、分类和度量；图形的平移、旋转、轴对称、相似和投影；平面图形基本性质的证明等等。在“图形与几何”领域的教学上，教师应根据数学知识本身的特点，以及学生的认知发展规律让学生真正经历数学知识的建构过程，进而使学生所学的知识更加扎实，牢固，有效。具体来说，教师可以从以下方面入手：

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自1994年Kido[1]制备了第一个白色有机电致发光器件(White Organic Light-emitting Devices, WLOED)以来，越来越多的科研人员投入到WOLED的研究中.影响白光器件性能的主要因素有蓝光部分的效率和寿命等，而高效的蓝光器件是得到高效的白光器件的基础和关键[2]，也是推动WOLED实现大规模产业化和应用的基础和关键因素.

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(4)利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件进行数值模拟研究具有理论指导意义，不仅可以降低试验费用、缩短试验工期，还能针对试验较为准确的模拟出切割器切割钢板的过程。

如图7所示，由于倾斜状金属矿体赋存地质环境特点，矿体与围岩介质弹性波速度差异小，地震波在矿体界面时反射能量不够强，振幅较小。地震波同相轴有错断和扭曲，在矿体边界处及尖角处波形凌乱。

加强工作人员专业素质可以采取以下措施：（1）施工管理单位需要树立正确的管理观念，帮助管理人员确立职业发展目标，并明确其职责，设立激励制度，从而充分地调工作人员工作的积极性，促进工作的顺利进行；（2）需要定期开展施工人员专业素质培训活动，帮助施工人员进行专业培训，提高其施工水平，进而提高整个团队的管理效果。

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Ca1、ca2、ca3 {font-size:l6px;list-style:none；Width:300px;padding:l2px；background-color:# ddd;}

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中国画用色装饰性的另一方面，表现在墨与色的关系上。中国画的墨具有独特的功能，在画面色彩中占有很重要的地位。中国画的墨是用桐油烟或松烟精制而成，本身就有色泽感。“运墨而五色具”实际上不止墨分五色，可谓是变化万千，光彩夺目，特别是对墨的运用文人画家们已达到了随心所欲、信手拈来的程度，他们把墨当做色彩原理来施用，由墨的色阶变化中去寻找变化丰富的色彩效果，这其实是对色彩的一种总结。“墨分五色”不单单是指墨色本身的变化，更多的是指画面整体色彩的变化。宋代诗人刘潜夫看了萧照《水墨凌村野渡图》之后写道：“碧绿嫣红照眼来”，是说即使单纯水墨画里仍然可以使人感到“碧绿”、“嫣红”的色彩就在其中。

[14]　彭建祥.Johnson-Cook本构模型和Steinberg本构模型的比较研究[D].北京：中国工程物理研究院，2006.

将玫瑰茄冻干花萼粉碎后过 20目筛，按料液比1：30加入60%乙醇浸提过夜（约12 h）。真空抽滤后继续用 60%乙醇冲洗滤渣，合并两次滤液。40 ℃下旋蒸并冷冻干燥后得到花色苷粗提物。

生3:等面积法.如图10，在图9的基础上，过P作PS∥y轴交直线l于点S.求出Rt△SPR的三条边长；易得利用等面积法求出斜边上的高

[14]　PENG Jian-xiang.A comparative study of Johnson-Cook constitutive model and Steinberg constitutive model[D].Beijing:China Academy of Engineering Physics,2006.(in Chinese)