Динамическое поведение слоистой цилиндрической оболочки в грунтовом массиве при взрывном нагружениии
Исследовано напряженно-деформированное состояние слоистой цилиндрической оболочки, расположенной в грунтовом массиве, при взрыве сплошного щелевого заряда цилиндрической формы, соосно размещенного во внутреннем слое оболочки. Данная система моделирует волновые процессы, происходящие при проведении в...
Gespeichert in:
| Datum: | 2003 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут гідромеханіки НАН України
2003
|
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/988 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Динамическое поведение слоистой цилиндрической оболочки в грунтовом массиве при взрывном нагружениии / В. В. Бойко, Н. С. Ремез, Т. В. Хлевнюк, Ю. В. Шевченко // Акуст. вісн. — 2003. — Т. 6, N 2. — С. 10-16. — Бібліогр.: 20 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-988 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-9882008-10-15T18:46:07Z Динамическое поведение слоистой цилиндрической оболочки в грунтовом массиве при взрывном нагружениии Бойко, В.В. Ремез, Н.С. Хлевнюк, Т.В. Шевченко, Ю.В. Исследовано напряженно-деформированное состояние слоистой цилиндрической оболочки, расположенной в грунтовом массиве, при взрыве сплошного щелевого заряда цилиндрической формы, соосно размещенного во внутреннем слое оболочки. Данная система моделирует волновые процессы, происходящие при проведении взрывных работ для разрушения шахт пусковых установок (ШПУ). В результате численного решения задачи установлены особенности напряженно-деформированного состояния оболочки и окружающего массива. Это позволило определить параметры взрыва, необходимые для разрушения ШПУ, с одновременным обеспечением сейсмобезопасности окружающих объектов. Досліджено напружено-деформований стан шаруватої циліндричної оболонки, розташованої в грунтовому масиві, при вибуху суцільного щілинного заряду циліндричної форми, співвісно розміщеного у внутрішньому шарі оболонки. Дана система моделює хвильові процеси, які відбуваються при проведенні вибухових робіт для руйнування шахт пускових установок (ШПУ). В результаті чисельного розв'язку задачі встановлені особливості напружено-деформованого стану оболонки і навколишнього масиву. Це дозволило визначити параметри вибуху, необхідні для руйнування ШПУ, з одночасним забезпеченням сейсмобезпеки навколишніх об'єктів. The stress-strain state of a layered cylindrical shell situated in a ground massif under the action of the slot charge of cylindrical shape placed inside the shell's inner layer is investigated. Mentioned system models wave processes occurring when conducting the explosive works for destruction of mines for starting equipment (MSE). As the result of numerical solution of this problem the peculiarities of the stress-strain state of the shell and the surrounding massif are studied. This allows to determine the parameters of explosion, which are necessary for destruction of MSE with simultaneous provision of the seismic safety of surrounding objects. 2003 Article Динамическое поведение слоистой цилиндрической оболочки в грунтовом массиве при взрывном нагружениии / В. В. Бойко, Н. С. Ремез, Т. В. Хлевнюк, Ю. В. Шевченко // Акуст. вісн. — 2003. — Т. 6, N 2. — С. 10-16. — Бібліогр.: 20 назв. — рос. 1028-7507 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/988 624.139.329 ru Інститут гідромеханіки НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Исследовано напряженно-деформированное состояние слоистой цилиндрической оболочки, расположенной в грунтовом массиве, при взрыве сплошного щелевого заряда цилиндрической формы, соосно размещенного во внутреннем слое оболочки. Данная система моделирует волновые процессы, происходящие при проведении взрывных работ для разрушения шахт пусковых установок (ШПУ). В результате численного решения задачи установлены особенности напряженно-деформированного состояния оболочки и окружающего массива. Это позволило определить параметры взрыва, необходимые для разрушения ШПУ, с одновременным обеспечением сейсмобезопасности окружающих объектов. |
| format |
Article |
| author |
Бойко, В.В. Ремез, Н.С. Хлевнюк, Т.В. Шевченко, Ю.В. |
| spellingShingle |
Бойко, В.В. Ремез, Н.С. Хлевнюк, Т.В. Шевченко, Ю.В. Динамическое поведение слоистой цилиндрической оболочки в грунтовом массиве при взрывном нагружениии |
| author_facet |
Бойко, В.В. Ремез, Н.С. Хлевнюк, Т.В. Шевченко, Ю.В. |
| author_sort |
Бойко, В.В. |
| title |
Динамическое поведение слоистой цилиндрической оболочки в грунтовом массиве при взрывном нагружениии |
| title_short |
Динамическое поведение слоистой цилиндрической оболочки в грунтовом массиве при взрывном нагружениии |
| title_full |
Динамическое поведение слоистой цилиндрической оболочки в грунтовом массиве при взрывном нагружениии |
| title_fullStr |
Динамическое поведение слоистой цилиндрической оболочки в грунтовом массиве при взрывном нагружениии |
| title_full_unstemmed |
Динамическое поведение слоистой цилиндрической оболочки в грунтовом массиве при взрывном нагружениии |
| title_sort |
динамическое поведение слоистой цилиндрической оболочки в грунтовом массиве при взрывном нагружениии |
| publisher |
Інститут гідромеханіки НАН України |
| publishDate |
2003 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/988 |
| citation_txt |
Динамическое поведение слоистой цилиндрической оболочки в грунтовом массиве при взрывном нагружениии / В. В. Бойко, Н. С. Ремез, Т. В. Хлевнюк, Ю. В. Шевченко // Акуст. вісн. — 2003. — Т. 6, N 2. — С. 10-16. — Бібліогр.: 20 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT bojkovv dinamičeskoepovedeniesloistojcilindričeskojoboločkivgruntovommassiveprivzryvnomnagruženiii AT remezns dinamičeskoepovedeniesloistojcilindričeskojoboločkivgruntovommassiveprivzryvnomnagruženiii AT hlevnûktv dinamičeskoepovedeniesloistojcilindričeskojoboločkivgruntovommassiveprivzryvnomnagruženiii AT ševčenkoûv dinamičeskoepovedeniesloistojcilindričeskojoboločkivgruntovommassiveprivzryvnomnagruženiii |
| first_indexed |
2025-07-02T05:13:19Z |
| last_indexed |
2025-07-02T05:13:19Z |
| _version_ |
1836510819127394304 |
| fulltext |
ISSN 1028 -7507 Акустичний вiсник. 2003. Том 6, N 2. С. 10 – 16
УДК 624.139.329
ДИНАМИЧЕСКОЕ ПОВЕДЕНИЕ СЛОИСТОЙ
ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ В ГРУНТОВОМ
МАССИВЕ ПРИ ВЗРЫВНОМ НАГРУЖЕНИИ
В. В. Б О Й К О, Н. С. Р ЕМЕ З, Т. В. Х Л ЕВ Н ЮК, Ю. В. Ш ЕВ Ч ЕН К О
Институт гидромеханики НАН Украины, Киев
Получено 26.05.2003
Исследовано напряженно-деформированное состояние слоистой цилиндрической оболочки, расположенной в грун-
товом массиве, при взрыве сплошного щелевого заряда цилиндрической формы, соосно размещенного во внутреннем
слое оболочки. Данная система моделирует волновые процессы, происходящие при проведении взрывных работ для
разрушения шахт пусковых установок (ШПУ). В результате численного решения задачи установлены особенности
напряженно-деформированного состояния оболочки и окружающего массива. Это позволило определить параме-
тры взрыва, необходимые для разрушения ШПУ, с одновременным обеспечением сейсмобезопасности окружающих
объектов.
Дослiджено напружено-деформований стан шаруватої цилiндричної оболонки, розташованої в грунтовому масивi,
при вибуху суцiльного щiлинного заряду цилiндричної форми, спiввiсно розмiщеного у внутрiшньому шарi обо-
лонки. Дана система моделює хвильовi процеси, якi вiдбуваються при проведеннi вибухових робiт для руйнування
шахт пускових установок (ШПУ). В результатi чисельного розв’язку задачi встановленi особливостi напружено-
деформованого стану оболонки i навколишнього масиву. Це дозволило визначити параметри вибуху, необхiднi для
руйнування ШПУ, з одночасним забезпеченням сейсмобезпеки навколишнiх об’єктiв.
The stress-strain state of a layered cylindrical shell situated in a ground massif under the action of the slot charge of
cylindrical shape placed inside the shell’s inner layer is investigated. Mentioned system models wave processes occurring
when conducting the explosive works for destruction of mines for starting equipment (MSE). As the result of numerical
solution of this problem the peculiarities of the stress-strain state of the shell and the surrounding massif are studied. This
allows to determine the parameters of explosion, which are necessary for destruction of MSE with simultaneous provision
of the seismic safety of surrounding objects.
ВВЕДЕНИЕ
Технологии, основанные на использовании энер-
гии взрыва, широко применяются в различных
отраслях народного хозяйства Украины, в том чи-
сле при проведении специальных взрывных работ.
В качестве примеров можно назвать разрушение
зданий, фундаментов, труб, высотных антенных
конструкций. В последнее время взрывные техно-
логии активно используются при демонтаже шахт
пусковых установок (ШПУ) по программе “Старт-
1”. Это позволяет добиться удешевления произво-
димых работ, их интенсификации и обеспечить ре-
сурсосбережение.
Взрывные работы зачастую ведутся на объек-
тах, находящихся в непосредственной близости к
населенным пунктам (в некоторых случаях, в их
черте), а сопровождающие их сейсмические коле-
бания воздействуют на прилегающие охраняемые
объекты и могут вызвать опасные воздействия на
них. В связи с этим на местах проведения меро-
приятий, связанных со взрывами, всегда возни-
кает задача расчета рабочих параметров, обеспе-
чивающих разрушение уничтожаемых объектов с
одновременным обеспечением сейсмобезопасности
охраняемых объектов. Результаты практических
исследований и данные наблюдений, ведущихся на
протяжении многих лет, показывают, что решение
проблемы дальнейшего использования таких опе-
ративных методов демонтажа ненужных объектов
с одновременной сохранностью существующих ря-
дом промышленных, гражданских и природных
объектов во многом зависит от обеспечения сейс-
мобезопасного ведения взрывных работ.
В настоящее время известно значительное коли-
чество публикаций по теоретическому и экспери-
ментальному исследованию характеристик взрыв-
ных процессов в грунтах, горных породах, ме-
талле, воде и других средах. Однако взрывное
воздействие зарядов взрывчатых химических ве-
ществ (ВВ) при разрушении верхней части ШПУ,
представляющих собой объекты, в состав кото-
рых входят цилиндрические металлические обо-
лочки с заполнителем, расположенными в земной
коре, практически не изучено. Кроме того, суще-
ствующие нормативные документы (в том числе
и “Единые правила безопасности при взрывных
работах” – ЕПБВР) не отражают явлений, прои-
сходящих при взрывных нагрузках, и не могут
быть использованы в практических целях. Уни-
чтожение ШПУ с применением энергии взрыва на
территории Украины, кроме сейсмического воз-
10 c© В. В. Бойко, Н. С. Ремез, Т. В. Хлевнюк, Ю. В. Шевченко, 2003
ISSN 1028 -7507 Акустичний вiсник. 2003. Том 6, N 2. С. 10 – 16
действия на окружающие гражданские и приро-
дные объекты, связано с такими опасными явлени-
ями как разлет кусков металла и породы, а также
воздействием ударно-воздушной волны. Исследо-
ванию поведения оболочек под действием продук-
тов детонации и различного рода импульсных на-
грузок посвящено большое количество работ (см.,
например, [1 – 3]). Тем не менее, вопросы взаимо-
действия оболочечных конструкций с окружаю-
щими и заполняющими их грунтовыми средами
затрагивались лишь в немногих публикациях. В
большинстве же случаев использовались упрощен-
ные модели источника нагрузки, сред и конструк-
ций [4 –10].
При изучении сейсмического воздействия раз-
личных источников колебаний на охраняемые объ-
екты, как правило, либо не рассматривается сам
источник и используются упрощенные модели
сред и сооружений [11, 12], либо строятся их эм-
пирические модели [13]. Поэтому исследования
процессов деформирования слоистых оболочек в
грунтовом массиве под действием взрывных волн
с учетом трансформации их в сейсмические волны
имеет большое научное и практическое значение.
1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
В данной работе ШПУ моделируется слоистой
оболочкой длиной l с внутренним радиусом r1 и
внешним радиусом r2, расположенной в грунтовом
массиве (рис. 1). Считается, что слои оболочки 1
и 5 шириной ∆h выполнены из металла, а внутрен-
ние слои (2 и 4), имеющие ширину r2−r1−2∆h, из
бетона. При решении задачи вместо серии шпуро-
вых зарядов, закладываемых в отверстия, выбу-
риваемые в бетонном слое по кольцу, рассматри-
вается сплошной по всей длине оболочки щелевой
заряд цилиндрической формы в средней части бе-
тонного слоя 3. Он имеет внутренний радиус r3 и
ширину ∆h1.
Будем полагать, что заряд ВВ детонирует мгно-
венно, причем во всем его объеме продукты дето-
нации (ПД) имеют одинаковую плотность ρn, рав-
ную начальной плотности ВВ, и давление Pn.
В системе координат r, z цилиндрический объем
ШПУ можно представить как результат враще-
ния прямоугольника со сторонами l и r2 вокруг
оси z. Уравнения движения рассматриваемых сред
в рамках механики сплошной среды в случае
использования подвижных лагранжевых перемен-
ных при условии цилиндрической симметрии име-
Рис. 1. Слоистая модель ШПУ
с цилиндрическим щелевым зарядом
ют следующий вид:
∂σ
(i)
rr
∂r
+
∂τ
(i)
rz
∂z
+
τ
(i)
rz
z
= ρ(i) du
(i)
dt
,
∂τ
(i)
rz
∂r
+
∂σ
(i)
zz
∂z
+
σ
(i)
zz − σ
(i)
θθ
z
= ρ(i) dw
(i)
dt
,
(1)
1
V (i)
dV (i)
dt
=
∂u(i)
∂z
+
∂w(i)
∂r
+
u(i)
z
, (2)
σ(i)
zz = S(i)
zz − P (i),
σ(i)
rr = S(i)
rr − P (i),
σ
(i)
θθ = S
(i)
θθ − P (i),
(3)
u(i) =
dz
dt
, w(i) =
dr
dt
, (4)
P (i) = −1
3
(
σ(i)
rr + σ
(i)
θθ + σzz
(i)
)
, (5)
V (i) =
ρ
(i)
0
ρ(i)
, (6)
где σ
(i)
rr , σ
(i)
θθ , σ
(i)
zz – нормальные напряже-
ния; τ
(i)
zr – касательное напряжение; S
(i)
rr , S
(i)
zz ,
S
(i)
θθ – компоненты девиатора тензора напряже-
ний (причем для продуктов детонации справедли-
во S
(i)
zz =S
(i)
rr =S
(i)
θθ =0); t – время; ρ
(i)
0 , ρ(i) – на-
чальная и текущая плотности сред соответствен-
но. Значения индекса i=1 . . .6 соответствуют раз-
личным средам.
Грунт моделируется твердой пористой много-
компонентной вязкопластической средой [14]
ε̇ = ϕ(P, ε)Ṗ − α1λ(P, ε)
η(P, ε)
ψ(P, ε), (7)
В. В. Бойко, Н. С. Ремез, Т. В. Хлевнюк, Ю. В. Шевченко 11
ISSN 1028 -7507 Акустичний вiсник. 2003. Том 6, N 2. С. 10 – 16
с переменным коэффициентом объемной вязкости
η(ε) = ηD
(
κ− ρ0c
2
S
k − ρ0c
2
S
)−m
, m > 1. (8)
Функции, входящие в уравнения (5), (7), опреде-
ляются согласно [14]; ε и ε̇ – объемная деформация
и ее производная по времени соответственно.
Расширение продуктов детонации происходит в
соответствии с двучленной изэнтропой [15, 16]:
P = Aρn +Bρk+1 , (9)
где константы A, n, B и k характеризуют тип ВВ
и определяются через его детонационные характе-
ристики.
Слоистая оболочка (i=1, 2, 4, 5) рассматрива-
ется в рамках модели идеальной упругопластиче-
ской среды с условием текучести Мизеса [17]:
P (i) =
(
γ(i)
m − 1
)
ρ(i)E(i) +C2
0
(
ρ(i) − ρ
(i)
0
)
, (10)
∂S
(i)
j
∂t
= 2µ(i)
(
∂u(i)
∂r
+
1
3ρ(i)
∂ρ(i)
∂t
)
,
j = rr, θθ, zz,
(11)
S
(i)
j =
S
(i)
j , если
(S(i)
rr )2+(S
(i)
θθ )2+(S(i)
zz )2≤ 2
3
(Y (i))2,
√
2/3S
(i)
j Y (i)
√
(S
(i)
rr )2+(S
(i)
θθ )2+(S
(i)
zz )2
в других случаях.
(12)
Здесь использованы следующие обозначения: C0 –
скорость звука; Y (i) – предел текучести; µ(i) –
модуль сдвига; γ
(i)
m – константа материала,
определяемая таким образом, чтобы выражение
P (i)(ρ)+2/3Y (i) давало кривую Гюгонио для удар-
ной волны с напряжениями выше предела упруго-
сти. Оболочка считается разрушенной, если в ней
выполняется критерий разрушения Тейлора [18] –
когда во всех ее точках действуют растягивающие
напряжения (σθθ>0).
Приведем начальные условия задачи:
• для слоистой оболочки и грунта (i=1, 2, 4, 5, 6)
u(i) = 0, w(i) = 0,
P (i) = 0, ρ0 = ρ
(i)
0 ;
(13)
• для продуктов детонации (i=3)
u(i) = 0, w(i) = 0,
P (i) = Pn, ρ0 = ρn.
(14)
Предполагается, что между слоями обеспечива-
ется жесткое сцепление без натяга по всей поверх-
ности контакта. Граничные условия формулиру-
ются для каждой поверхности, ограничивающей
области с определенными характеристиками сред:
1) на контактных поверхностях между продукта-
ми детонации и оболочкой (i=3)
w(i) = w(i±1), −P (i) = (σrr)
(i±1),
τ
(i)
rz = 0;
(15)
2) на контактных поверхностях между слоями
оболочки и оболочкой и грунтом (i=1, 4, 5)
w(i) = w(i+1), σ
(i)
rr = (σrr)
(i+1),
u(i) = u(i+1), τ
(i)
zr = τ
(i+1)
rz ;
(16)
3) на внутренней свободной поверхности оболоч-
ки при r=r1
σrr = τrz = 0; (17)
4) на контактных поверхностях “торец оболоч-
ки – грунт” при z=0, z= l (i=1 . . .5)
u(i) = u(6), σ
(i)
zz = −P (6),
τ
(6)
rz = 0.
(18)
2. ЧИСЛЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
Для решения поставленной задачи применял-
ся конечно-разностный метод с использованием
линейно-квадратичной искусственной вязкости в
подвижных лагранжевых переменных. Применя-
лась модифицированная конечно-разностная схе-
ма типа “крест” [17,19] с подвижной сеткой, расши-
ряющейся по мере распространения волн в сре-
дах. Для этого в конце каждого вычислительно-
го цикла проводилась проверка условия достиже-
ния давлением в упругом предвестнике некоторого
значения P =P0+0.01P0 (P0 – атмосферное дав-
ление). Если это условие выполнялось в какой-
либо ячейке, то расчетная область увеличивалась
12 В. В. Бойко, Н. С. Ремез, Т. В. Хлевнюк, Ю. В. Шевченко
ISSN 1028 -7507 Акустичний вiсник. 2003. Том 6, N 2. С. 10 – 16
Рис. 2. Напряжения σrr в сечении θ=0, z= l/2;
ВВ – аммонит 6-ЖВ
в этом направлении на один слой, в котором зада-
вались начальные параметры невозмущенной сре-
ды.
При решении задачи были выбраны следую-
щие размеры оболочки (в метрах): l=0.9, r1 =2.1,
r2 =4.1, r3 =3.35, ∆h=0.04, ∆h1 =0.012.
В качестве металла использовалась сталь с
такими физико-механическими характеристи-
ками: ρ1 =7800 кг/м
3
, C0 =5600 м/с, γm =2.73,
Y =6.5·108 Па, µ=9·1010 Па.
Внутренний слой оболочки считался выпол-
неным из бетона марки В25, имеющего
следующие физико-механические параме-
тры: ρ2 =2300 кг/м
3
, C0 =4200 м/с, γm =1.87,
Y =3.2·107 Па, µ=6.7·109 Па.
В качестве ВВ выбирались литой тротил
и аммонит 6-ЖВ. Характеристики троти-
ла полагались следующими: Pn =9.6·109 Па,
ρn =1600 кг/м
3
, Q=4.87·106 Дж/кг, n=3.12,
γ=0.25, D=6440 м/с, A=0.884 Па (кг/м3)
−n
,
B=0.623·105 Па (кг/м3)
−γ
. Для аммонита
6-ЖВ: Pn =3.248·109 Па, ρn =1000 кг/м
3
,
Q=4.313·106 Дж/кг, n=1.973, γ=0.25,
D=4340 м/с, A=4.33·103 Па (кг/м3)
−n
,
B=0.583·105Па (кг/м3)
−γ
.
На рис. 2 – 4 представлены распределения на-
пряжений σrr, σθθ и σzz соответственно, возника-
ющие в сечении θ=0, z= l/2. Нумерация кривых
соответствует различным значениям времени: 1 –
t=2.3 мкс, 2 – t=30 мкс, 3 – t=54.7 мкс. Штрихо-
вые линии соответствуют границам раздела раз-
Рис. 3. Напряжения σθθ в сечении θ=0, z= l/2;
ВВ – аммонит 6-ЖВ
Рис. 4. Напряжения σzz в сечении θ=0, z= l/2;
ВВ – аммонит 6-ЖВ
личных сред.
Из графиков следует, что волна сжатия, дости-
гнув металлических слоев оболочки, значительно
увеличивает свою амплитуду, и, отразившись от
более плотных слоев, вызывает откольные явления
и разуплотнение бетона (кривая 2). При прохо-
ждении волн через стык материалов наблюдаются
скачки напряжений σθθ, σzz (кривые 2 и 3 на рис. 3
и 4). В последующем растягивающие напряже-
ния возникают и в металлических слоях оболочки,
вызывая их разрушение (см. кривую 3). При выхо-
де волны в грунтовый массив происходит значи-
тельное падение ее амплитуды, так как грунт обла-
дает меньшей акустической жесткостью по сравне-
В. В. Бойко, Н. С. Ремез, Т. В. Хлевнюк, Ю. В. Шевченко 13
ISSN 1028 -7507 Акустичний вiсник. 2003. Том 6, N 2. С. 10 – 16
Рис. 5. Напряжения σrr в сечении θ=0, z= l/2;
ВВ – тротил
Рис. 6. Зависимость максимальной скорости w
в сечении θ=0, z= l/2 от расстояния
нию с оболочкой. Наличие пористости и вязкости
грунта также способствует уменьшению параме-
тров ударных волн. Кроме того, можно отметить,
что с этого момента происходит отклонение вол-
нового процесса от симметричного относительно
заряда ВВ, поскольку часть энергии на границе с
грунтом передается последнему. Это влечет за со-
бой уменьшение значений напряжений в оболоч-
ке. В результате этого внутренние слои разруша-
ются более интенсивно, причем слоистая оболочка
оказывается полностью разрушенной при задан-
ной величине заряда ВВ.
На рис. 5 изображены распределения напряже-
ний σrr в том же сечении, что и на предыдущих
рисунках, для взрыва заряда тротила того же ра-
диуса, что и заряд аммонита 6-ЖВ. Нумерация
кривых соответствует различным значениям вре-
мени: 1 – t=1.8 мкс, 2 – t=25 мкс, 3 – t=44.8 мкс.
Кривая 3’ соответствует времени t=44.8 мкс при
взрыве щелевого заряда шириной 0.006 м. Штри-
ховые линии соответствуют границам раздела раз-
личных сред. Из рисунка следует, что при взрыве
заряда тротила наблюдаются волновые процес-
сы, аналогичные рассмотренным ранее. Однако,
так как детонационные характеристики тротила
выше, чем у аммонита 6-ЖВ, то и амплитуды ско-
ростей для ударных волн, распространяющихся в
оболочке, оказываются значительно более высоки-
ми.
Из численных результатов вытекает, что для
разрушения данной оболочки можно уменьшить
ширину щелевого заряда с 0.012 до 0.006 м. Это
соответствует снижению удельного расхода ВВ с
6.48 кг/м3 (для аммонита 6-ЖВ) до 5.18 кг/м3
(для тротила), что позволяет уменьшить сейсми-
ческую нагрузку и значительно понизить стои-
мость проведения взрывных работ.
На рис. 6 показана в логарифмических коорди-
натах зависимость максимальной скорости w в се-
чении θ=0, z= l/2 от расстояния r при взрывах
аммонита 6-ЖВ (кривая 1) и тротила (кривая 2).
Из графика следует, что в ближней к эпицен-
тру взрыва зоне большая скорость достигается
при взрыве заряда тротила, а с удалением – при
взрыве аммонита 6-ЖВ. Этот факт объясняется
следующим образом. Как известно из предыду-
щих исследований [19], хотя тротил имеет бо-
лее высокие детонационные характеристики, во-
зникающие при взрывах его зарядов цилиндри-
ческие взрывные волны затухают быстрее, чем
при взрывах аммонита 6-ЖВ. При этом в спе-
ктре взрывных волн ВВ с высокими детонацион-
ными свойствами большая часть энергии перено-
сится высокочастотными составляющими, а для
ВВ с более низкими детонационными характери-
стиками – низкочастотными.
Поскольку зависимости максимумов скорости
от расстояния в логарифмических координатах
линейны (см. рис. 4), то были построены анали-
14 В. В. Бойко, Н. С. Ремез, Т. В. Хлевнюк, Ю. В. Шевченко
ISSN 1028 -7507 Акустичний вiсник. 2003. Том 6, N 2. С. 10 – 16
тические зависимости степенного вида:
Um = K1
(
K2
r
√
πρn
)β
. (19)
Эти зависимости для заданных условий взрыва-
ния щелевого заряда в трехслойной оболочке, рас-
положенной в глинистом грунте, для расстояний
r≥20 м имеют следующий вид:
• для тротила
Um = 1.01
(
0.2
r
√
π1600
)1.6726
=
= 1.01
(
8
r
√
π
)1.6726
;
(20)
• для аммонита 6-ЖВ
Um = 3.948
(
0.2
r
√
π100
)1.325
=
= 3.948
(
2
r
√
π
)1.325
.
(21)
Проведенные исследования послужили основой
для расчета параметров взрывных волн, образо-
вавшихся при взрыве цилиндрического заряда в
цилиндрической оболочке. Эти параметры вошли
в методику оценки сейсмического воздействия при
разрушении ШПУ в Николаевской и Кировоград-
ской областях [20]. Использование полученных при
этом результатов позволило до проведения взрыв-
ных работ определить массу заряда, необходи-
мую для получения требуемой нарушенности тела
шахт при одновременном обеспечении сейсмобезо-
пасности расположенных вокруг ШПУ объектов
и нормальной психологической обстановки населе-
ния.
Например, в Кировоградской области ближай-
шее к ШПУ село Андреевка находилось в пре-
делах 500 м от эпицентра взрыва. Рассчитанные
по формулам (20) и (21) максимальные скоро-
сти колебаний составили 0.26 см/с для тротила
и 0.56 см/с для аммонита 6-ЖВ. Допустимый
уровень сейсмоколебаний, установленный на осно-
вании обследования технического состояния жи-
лых и административных зданий села, составил
0.5 см/с. Исходя из этого, для разрушения ШПУ
использовалось ВВ тротил, обеспечивающее сей-
смобезопасность охраняемого объекта (реализуе-
мый уровень колебаний – ниже допустимого пре-
дела).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Решена задача о действии цилиндрических
взрывных волн в зоне разрушения и транс-
формации их в сейсмические колебания, ко-
торые, распространяясь, изменяют свои пара-
метры в зависимости от свойств среды.
2. На основе современных модельных пред-
ставлений взаимодействующих сред с уче-
том связанности динамических полей про-
ведено численное исследование напряженно-
деформированного состояния слоистой ци-
линдрической оболочки в грунтовом массиве
при взрывах щелевых цилиндрических заря-
дов различных ВВ.
3. Показано, что для разрушения оболочки не-
обходим меньший удельный расход тротила,
по сравнению с удельным расходом аммонита
6-ЖВ.
4. На основе обработки полученных графи-
ков выведены функциональные зависимости
максимальной скорости от расстояния для
взрывов рассмотренных ВВ в глине. Эти за-
висимости позволяют рассчитывать сейсмобе-
зопасные расстояния от очага взрыва.
5. Разработанная методика расчета параметров
взрывных волн в слоистых цилиндрических
оболочках, находящихся в пористой много-
компонентной среде, при взрывах щелевых
цилиндрических зарядов может быть исполь-
зована при проведении взрывных работ в раз-
личных слоистых средах (в том числе, при на-
личии неоднородностей и элементов конструк-
ций) в условиях обеспечения сейсмобезопас-
ности охраняемых объектов.
1. Гузь А. Н., Кубенко В. Д. Теория нестационарной
гидроупругости оболочек.– К.: Наук. думка, 1982.–
400 с.
2. Луговой П. З. Динамика оболочечных конструк-
ций при импульсных нагрузках (обзор) // Прикл.
мех.– 1990.– 26, N 8.– С. 76–85.
3. Одинцов В. А., Чудов Л. А. Расширение и разру-
шение оболочек под действием продуктов детона-
ции // Проблемы динамики упруго-пластических
сред.– М.: Мир, 1975.– С. 85–154.
4. Баженов В. Г., Кочетков А. В., Крылов С. В.,
Фельдгун В. Р. Численное решение двухмерных
нестационарных задач взаимодействия тонкостен-
ных конструкций с грунтовыми средами // При-
кладные проблемы прочности и пластичности.
Всесоюзн. межвуз. сб.– Горький: Горьк. ун-т,
1984.– С. 52–59.
В. В. Бойко, Н. С. Ремез, Т. В. Хлевнюк, Ю. В. Шевченко 15
ISSN 1028 -7507 Акустичний вiсник. 2003. Том 6, N 2. С. 10 – 16
5. Баженов В. Г., Кочетков А. В., Фельдгун В. Р. Де-
формирование цилиндрической оболочки в мягкой
грунтовой среде под действием внутреннего им-
пульсного нагружения // Прикладные проблемы
прочности и пластичности. Всесоюзн. межвуз. сб.–
Горький: Горьк. ун-т, 1989.– С. 87–95.
6. Весняк А. В., Горшков А. Г., Тарлаковский Д. В.
Нестационарное взаимодействие деформируемых
тел с окружающей средой // Итоги науки и тех-
ники. МДТ.– 15.– 1983.– С. 69–148.
7. Кириленко Г. А. Метод разрывов для идеальной
пластически уплотняющейся среды // Приклад-
ные проблемы прочности и пластичности. Всесо-
юзн. межвуз. сб.– Горький: Горьк. ун-т.– 1984.–
С. 44–51.
8. Кочетков А. В, Фельдгун В. Р., Цветков А. Ф. Чис-
ленное моделирование взрыва в цилиндрической
оболочке, заполненной жидкостью // Прикладные
проблемы прочности и пластичности. Всесоюзн.
межвуз. сб.– Горький: Горьк. ун-т.– 1991.– С. 76–
85.
9. Ремез Н. С., Лучко И. А. Деформирование тол-
стостенных цилиндрических оболочек с пористым
заполнителем при внутреннем взрывном нагруже-
нии // Прикл. мех.– 1995.– 31, N 9.– С. 61–65.
10. Ремез Н. Нестационарное взаимодействие цилин-
дрической оболочки с ударными волнами при
взрыве сферического заряда в грунтовом масси-
ве // Вiсник НТТУ “КПI”. Сер. “Гiрництво”.–
2001.– Вип. 5.– С. 3–7.
11. Султанов К. С., Хусанов Б. Э. Оценка воздей-
ствия сейсмических нагрузок на подземные соору-
жения // Сейсмобезопасное строительство. Безо-
пасность сооружений.– 2001.– N 1.– С. 29–32.
12. Некрасов В. В., Краснощеков Г. А., Капус-
тяк А. В. Численный метод определения сейсмиче-
ских нагрузок на сооружение // Сейсмобезопасное
строительство. Безопасность сооружений.– 1998.–
N 6.– С. 20–22.
13. Pronello C. Analysis of tram-indiced vibrations
affecting roads and buildings in standard urban si-
tes // Int. J. Acous. Vib.– 2003.– 8, N 1.– P. 21–29.
14. Ремез Н. Особенности деформирования твердой
многокомпонентной вязкопластической среды с
переменным коэффициентом вязкости при дина-
мических нагрузках // Вiсник НТТУ “КПI”. Сер.
“Гiрництво”.– 2000.– Вип. 3.– С. 34–39.
15. Каширский А. В., Орленко Л. П., Охитин В. Н.
Влияние уравнения состояния на разлет продук-
тов детонации // Прикл. мех. техн. физ.– 1973.–
N 2.– С. 71–74.
16. Ландау Л. Д., Станюкович К. П. Об изуче-
нии детонации конденсированных взрывчатых ве-
ществ // Докл. АН СССР.– 1945.– 46, N 9.– С. 112–
117.
17. Уилкинс М. Л. Расчет упруго-пластических
течений // Вычислительные методы в
гидродинамике.– M.: Мир, 1967.– С. 212–263.
18. Taylor G. I. Scientific Papers: vol. 3.– Cambridge:
Addish, 1963.– 203 с.
19. Лучко И. А., Плаксий В. А., Ремез Н. С. и др. Ме-
ханический эффект взрыва в грунтах.– К.: Наук.
думка, 1989.– 232 с.
20. Бойко В. В., Лавренов Л. В. Методы ведения бу-
ровзрывных работ при ликвидации шахт пуско-
вых установок, расположенных вблизи населенных
пунктов // Сб. мат. II Всеукр. науч.-практ. конф.
по охране труда “Охрана труда в Украине”.– Киев,
1998.– С. 314–317.
16 В. В. Бойко, Н. С. Ремез, Т. В. Хлевнюк, Ю. В. Шевченко
|