本發(fā)明涉及工業(yè)自動(dòng)檢測(cè)裝置，具體涉及一種超臨界co2相變聚能測(cè)試方法。

背景技術(shù)：

1、炸藥等傳統(tǒng)爆破方式在爆破過(guò)程中往往會(huì)產(chǎn)生大量的有毒氣體、粉塵和其他污染物，這些物質(zhì)對(duì)環(huán)境和人類健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。超臨界co2相變是一種新型的爆破技術(shù)，該技術(shù)通過(guò)發(fā)熱管(或稱致裂管)，使在一定壓力和溫度下的液態(tài)co2快速實(shí)現(xiàn)液-氣相變，體積瞬間膨脹600倍，從而產(chǎn)生強(qiáng)大的物理壓力(200mpa以上)。相比之下，co2本身是無(wú)毒無(wú)害的，且在爆破后不會(huì)產(chǎn)生任何有害物質(zhì)，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，完全符合現(xiàn)代社會(huì)對(duì)綠色環(huán)保的追求。

2、現(xiàn)超臨界co2相變常應(yīng)用于基坑開(kāi)挖、煤層增透、隧道掘進(jìn)、礦山開(kāi)采等多種工程。該技術(shù)在爆破應(yīng)用和試驗(yàn)研究上還存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：

3、致裂管由于自身結(jié)構(gòu)原因存在明顯的能量聚集效應(yīng)(以下簡(jiǎn)稱聚能效應(yīng))，依照目前的研究，常將超臨界co2相變誘發(fā)沖擊波視為圓柱狀，無(wú)法從角度上體現(xiàn)其特有的聚能狀態(tài)，且缺乏能夠直觀觀測(cè)聚能效應(yīng)導(dǎo)致巖石應(yīng)變的試驗(yàn)裝置。其次，不同的鉆孔孔徑會(huì)改變爆破的耦合系數(shù)，從而影響聚能程度。

4、現(xiàn)有技術(shù)對(duì)于有實(shí)際應(yīng)用意義的聚能效應(yīng)尚未探明規(guī)律。受限于理論方面的研究，該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中常常無(wú)法考慮聚能特性的影響，導(dǎo)致無(wú)法提高爆破效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本發(fā)明提供了一種超臨界co2相變聚能測(cè)試方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)的方案中，缺乏能夠直觀觀測(cè)聚能效應(yīng)應(yīng)變、能夠考慮鉆孔埋深影響的試驗(yàn)裝置的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

3、提供一種超臨界co2相變聚能測(cè)試方法，其包括以下步驟：

4、s1、組裝試驗(yàn)裝置，試驗(yàn)裝置包括套筒和夾緊器，套筒的一側(cè)放置有工業(yè)相機(jī)；

5、s2、在套筒壁上粘貼若干個(gè)應(yīng)變組件，將致裂管伸入套筒中，并固定致裂管；

6、s3、通過(guò)控制模塊控制夾緊器夾緊套筒，記錄夾緊器的夾持力；

7、s4、引爆致裂管，并采用應(yīng)變組件實(shí)時(shí)采集并記錄套筒的應(yīng)變數(shù)據(jù)，采用工業(yè)相機(jī)采集并記錄套筒的變形過(guò)程；

8、s5、根據(jù)應(yīng)變組件采集的數(shù)據(jù)，計(jì)算同一套筒在不同部位的峰值應(yīng)力，并繪制套筒的應(yīng)力情況分布圖；

9、s6、更換不同直徑的套筒，重復(fù)步驟s2-s5，進(jìn)行若干組試驗(yàn)，根據(jù)各組試驗(yàn)得到的應(yīng)力分布情況，繪制反映不同耦合情況下的聚能程度的應(yīng)力情況分布圖。

10、本發(fā)明的有益效果為：

11、1.本發(fā)明將研究人員慣常使用的爆破對(duì)象巖石替換成了金屬套筒，并將巖石爆破的問(wèn)題轉(zhuǎn)化成薄壁圓筒受壓變形的問(wèn)題，以此建立研究模型。由于金屬筒的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其破壞過(guò)程相對(duì)巖石較慢，具有相當(dāng)長(zhǎng)的觀察時(shí)間，可以記錄更多關(guān)于爆破過(guò)程的數(shù)據(jù)。

12、2.套筒不會(huì)像巖石一樣碎裂為碎片，而是會(huì)留下清晰的破壞模式，通過(guò)應(yīng)變片采集并記錄爆破金屬筒的應(yīng)變參數(shù)，可以計(jì)算其應(yīng)力分布，進(jìn)而能夠繪制出應(yīng)力分布曲線圖，以直觀地從角度上體現(xiàn)出聚能效應(yīng)。更換不同直徑的套筒相當(dāng)于改變爆破的耦合系數(shù)，通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和計(jì)算以探明不同耦合系數(shù)下的聚能程度。

13、優(yōu)選地，所述應(yīng)變組件沿套筒的長(zhǎng)度方向均勻布置，一個(gè)應(yīng)變組件包括若干沿套筒壁環(huán)向均勻分布的應(yīng)變片。

14、步驟s5進(jìn)一步包括：

15、s51、應(yīng)變片記錄的應(yīng)變數(shù)據(jù)為ε1(1),ε1(2),...,ε2(1),...,εi(n),...,εi(n)，分別計(jì)算套筒各個(gè)部位的應(yīng)力值：

16、

17、其中，i為第i層應(yīng)變組件；n為應(yīng)變組件中的第n個(gè)應(yīng)變片；i為應(yīng)變組件的總層數(shù)，n為應(yīng)變組件中應(yīng)變片的總個(gè)數(shù)；εi(n)為第i層應(yīng)變組件中第n個(gè)應(yīng)變片采集的應(yīng)變數(shù)據(jù)；σi(n)為套筒壁上第i層應(yīng)變組件中第n個(gè)應(yīng)變片對(duì)應(yīng)位置的應(yīng)力值；

18、s52、以套筒橫截面的圓心為原點(diǎn)建立極坐標(biāo)系；

19、其中，極徑表示應(yīng)力值的大小，極角表示從參考軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到原點(diǎn)和某點(diǎn)的連線所經(jīng)過(guò)的角度；

20、s53、以第1層應(yīng)變組件中應(yīng)變片的分布點(diǎn)位與計(jì)算的應(yīng)力值為依據(jù)，在極坐標(biāo)系上繪制應(yīng)力情況分布曲線圖；

21、s54、依照步驟s53的方式，在同一個(gè)極坐標(biāo)系中依次繪制第2～i層的應(yīng)力情況分布曲線圖。

22、步驟s6進(jìn)一步包括：

23、s61、計(jì)算致裂管的沖擊波對(duì)套筒產(chǎn)生的作用力，建立極坐標(biāo)系，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果在極坐標(biāo)系中繪制套筒壁的應(yīng)力情況分布圖；

24、s62、更換不同直徑的套筒進(jìn)行不同耦合條件下的爆破試驗(yàn)，記錄應(yīng)變片采集的應(yīng)變數(shù)據(jù)；

25、s63、根據(jù)應(yīng)變片采集的應(yīng)變數(shù)據(jù)，在s61中的極坐標(biāo)系上分別繪制不同耦合條件，套筒壁的應(yīng)力情況分布圖。

26、步驟s61進(jìn)一步包括：

27、s611、計(jì)算耦合爆破條件下，爆破對(duì)套筒壁的理論壓力值：

28、

29、其中，pb為致裂管的理論爆破壓力；cp和d分別為套筒中的沖擊波波速與爆速；ρ和ρ0分別為套筒和二氧化碳的密度；p2為耦合條件下，爆破對(duì)套筒壁的理論壓力值；

30、s612、計(jì)算不耦合條件下，爆破對(duì)套筒壁的理論壓力值：

31、

32、其中，α為衰減指數(shù)；為比例距離；pw為不耦合條件下爆破對(duì)套筒壁的理論壓力值；

33、s613、計(jì)算套筒壁理論受到的壓力值：

34、

35、其中，ar為夾緊器對(duì)套筒的徑向夾持力值；pe為套筒壁受到的理論壓力值；

36、s614、以第i層應(yīng)變組件中應(yīng)變片的分布點(diǎn)位與計(jì)算的pe值為依據(jù)，在極坐標(biāo)系上繪制不同套筒直徑下的應(yīng)力情況分布曲線圖。

37、進(jìn)一步地，試驗(yàn)裝置還包括試驗(yàn)箱，套筒和夾緊器均設(shè)置在試驗(yàn)箱內(nèi)部；試驗(yàn)箱包括角鋼圍合形成的長(zhǎng)方體框架結(jié)構(gòu)，以及固定于角鋼上的底板、側(cè)面板，頂板通過(guò)固定件與角鋼可拆卸連接；試驗(yàn)箱的一側(cè)設(shè)置有與控制模塊電連接的工業(yè)相機(jī)，試驗(yàn)箱靠近工業(yè)相機(jī)的側(cè)面為透明板；試驗(yàn)箱的底板上固定連接有設(shè)置有外螺紋的固定柱，固定柱穿過(guò)套筒的底板并伸入套筒內(nèi)部，致裂管的底部開(kāi)設(shè)有與固定柱配合的螺紋孔，試驗(yàn)時(shí)固定柱與致裂管螺紋連接。

38、進(jìn)一步地，夾緊器包括兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的夾緊缸，夾緊缸的邊緣開(kāi)設(shè)有貫穿夾緊缸的夾持孔，夾持孔的橫截面為半橢圓形；夾緊缸遠(yuǎn)離夾持孔的側(cè)面固定連接有推桿，推桿與驅(qū)動(dòng)器a連接，驅(qū)動(dòng)器a與控制模塊電連接。

39、進(jìn)一步地，夾緊缸相對(duì)的兩個(gè)側(cè)面為開(kāi)口端，開(kāi)口端的兩個(gè)側(cè)面上覆蓋有彈性膜片，彈性膜片與夾緊缸密封連接；

40、進(jìn)一步地，夾緊缸的內(nèi)部設(shè)置有將內(nèi)部空腔分隔為兩個(gè)獨(dú)立腔室的活塞，靠近彈性膜片的腔室為充裝有液體的工作容腔，與活塞固定連接的頂桿從另一腔室伸出夾緊缸，并與驅(qū)動(dòng)器b連接，驅(qū)動(dòng)器b與控制模塊電連接；應(yīng)變片均粘貼于套筒的內(nèi)壁，且應(yīng)變片粘貼的位置未超出彈性膜片包裹套筒的范圍。

41、進(jìn)一步地，夾緊缸上設(shè)置有壓力表，當(dāng)壓力表的顯示讀數(shù)時(shí)，控制模塊控制驅(qū)動(dòng)器b關(guān)閉；

42、其中，π為圓周率；r為套筒的外半徑；l為彈性膜片包裹住套筒的長(zhǎng)度；p為壓力表的讀數(shù)。

43、進(jìn)一步地，試驗(yàn)箱的頂板開(kāi)設(shè)有供致裂管伸入的通孔；試驗(yàn)裝置還包括限位支座，使用時(shí)限位支座固定于致裂管外壁，且與頂板的下表面接觸；限位支座的表面積大于通孔的橫截面積。