[科普中國]-壓密試驗機

壓密試驗機用于空隙被液體飽和的粉體物料進(jìn)行壓密試驗，以求與壓密有關(guān)的數(shù)據(jù)的設(shè)備。壓密試驗機可分為浮環(huán)形和固定環(huán)形兩 種。原來壓密試驗機用在土質(zhì)力學(xué)領(lǐng)域內(nèi)。但與壓密有關(guān)的 些過程，如過濾、壓擠等過程的分析也常用壓密試驗機。1

簡介壓密試驗機原采用繼電接觸器控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)是按“并行”方式工作的。只要形成電流通路就可以有幾個繼電器同時動作。要求接人繼電器多，聯(lián)接線路復(fù)雜，設(shè)備運行過程中繼電器反復(fù)啟動頻率高，繼電器損耗嚴(yán)重，系統(tǒng)穩(wěn)定性較差，維修難度大。壓密試驗機預(yù)壓、本壓、排壓過程中，時間要求上采用行程開關(guān)與時間繼電器控制，無法精確到1秒鐘之內(nèi)，并且繼電器的啟動也占用了一定時間，這樣就降低了設(shè)備的生產(chǎn)效率。2

結(jié)構(gòu)壓密試驗機主要由機械系統(tǒng)(工件旋轉(zhuǎn)盤、氣密試驗水槽及氣動系統(tǒng))與電控系統(tǒng)二大部分組成。

第一、工件旋轉(zhuǎn)盤：旋轉(zhuǎn)盤上設(shè)置20路高壓檢測管道，每路安裝獨立的壓力開關(guān)、電磁換向閥、壓力顯示表等控制裝置。

第二、氣密試驗水槽：水槽主體為U形，容積約5 。水槽側(cè)面與底部安裝反光鏡。

第三、氣動系統(tǒng)：由減壓閥、電磁換向閥、壓力開關(guān)、壓力表和分流管道組成。

系統(tǒng)功能氣密試驗機控制系統(tǒng)的改造，考慮到系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定可靠性和實用性，功能上采用手動和自動控制方式，增加報警燈與蜂鳴器的顯示警告功能和紅外線防誤操作功能等。

工作原理懸掛鏈按一定的斜度下降，把壓縮機送進(jìn)入檢測水槽中。通過同定的導(dǎo)電滑片(圖1所示)與旋轉(zhuǎn)盤每一個丁位上的電磁換向閥切換。對壓縮機預(yù)壓、本壓、排壓三個階段控制。預(yù)壓階段氣壓(0．1～0．15 Mpa)，預(yù)壓電磁閥通是本壓試驗前的準(zhǔn)備。本壓階段氣壓(3～5 Mpa)。本壓完成進(jìn)入排壓階段，把壓縮機里面的高壓氣體排放出來。2

土體壓密慮到土體在爆炸作用下產(chǎn)生塑性變形，應(yīng)用塑性力學(xué)中反映巖土材料抗壓強度大于抗拉強度效應(yīng)以及對靜水壓力敏感性的Mohr-Coulomb屈服準(zhǔn)則和爆炸力學(xué)中應(yīng)力衰減規(guī)律理論推導(dǎo)塑性區(qū)范圍，同時結(jié)合鮑姆方程推導(dǎo)塑性區(qū)壓密程度及壓密后土體密度值的計算公式。3

壓密模型建立炸藥在土體中爆炸時，爆轟氣體絕熱膨脹首先對其周圍土體產(chǎn)生持續(xù)時間極短的沖擊壓縮作用，在土體中激起沖擊波，沖擊波迅速向四周傳播并衰減為應(yīng)力波。隨后爆生氣體在空腔內(nèi)準(zhǔn)靜態(tài)膨脹進(jìn)一步壓縮土體，當(dāng)爆生氣體的壓力不足以推動土體壓縮和應(yīng)力波衰減到其應(yīng)力峰值小于土體產(chǎn)生徑向位移所需應(yīng)力時，爆炸壓密作用消失，由此形成一定尺寸的爆炸空腔和壓密區(qū)。此時，半無限土體可劃分為空腔區(qū)、壓密區(qū)和原狀土區(qū)。

下面以柱狀裝藥結(jié)構(gòu)在土體中爆炸為例進(jìn)行土體壓密原理分析。為突出重點、便于分析，特作如下假定：

(1)裝藥結(jié)構(gòu)空間斷面為圓形，作用孔壁周圍的壓力均勻，形成的空腔和塑性區(qū)邊界斷面亦為圓形：

(2)土體受爆炸壓縮的響應(yīng)時間比炸藥爆轟時間長得多，考慮柱狀藥包全長范圍內(nèi)同時起爆；

(3)土體為理想彈塑性材料，材料服從Mohr-Coulomb屈服準(zhǔn)則；

(4)試驗區(qū)應(yīng)力(‰=加)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于爆炸應(yīng)力，不考慮豎向地應(yīng)力的影響(一般藥柱埋深較淺)；

(5)忽略柱狀裝藥段的土體軸向位移，按照平面應(yīng)變軸對稱問題分析徑向變形。3

總結(jié)(1)土體由三相介質(zhì)組成，從而造成土體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的復(fù)雜性。應(yīng)力波在土體中傳播規(guī)律不同于單一相介質(zhì)中的傳播規(guī)律，應(yīng)力波在土體中傳播規(guī)律極其復(fù)雜，但是始終滿足質(zhì)量、動量和能量的守恒。

(2)爆炸作用下土體壓密的機理為在低壓時表現(xiàn)為土體孔隙的壓縮，骨架受到破壞。在高壓時，表現(xiàn)為土體固體顆粒、水、空氣的體積壓縮。

(3)通過土塑性力學(xué)和爆炸力學(xué)建立土體壓密模型，推導(dǎo)土體壓密范圍和壓密后密度公式，以溝通爆炸參數(shù)和土體參數(shù)之間的關(guān)系，為以后工程實踐確定爆炸參數(shù)提供基礎(chǔ)性的參數(shù)指導(dǎo)。

(4)理論推導(dǎo)爆炸壓密效果公式采用土體常用的Mohr-Coulomb屈服準(zhǔn)則，改變以往使用的Mises屈服準(zhǔn)則。因為Mohr．Coulomb屈服準(zhǔn)則可以反映巖土材料抗壓強度大于抗拉強度效應(yīng)以及對靜水壓力敏感性，因此比較符合實際情況。

(5)土體在爆炸作用下的壓密效果與土體性質(zhì)、炸藥性質(zhì)及裝藥結(jié)構(gòu)有關(guān)，是三者相互作用及相互影響的結(jié)果。3

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

胡建平 - 副教授 - 西北工業(yè)大學(xué)