Peculiarities of britlle and ductile materials destruction and deformation during the explosion of industrial shaped charges

Abstract

Purpose. To study the laws of deformation and destruction of brittle and ductile rocks and concretes under explosion of industrial shaped charges. Methods. In experiments, the following methods of investigation were used: method of contact sensors for determination of jet velocity; determination of the ultrasonic wave velocity in the concrete samples; methods of optical and electronic microscopy; X-ray phase analysis; measuring and visual analysis of the dimensions and nature of deformation and destruction zones. Findings. The work describes the experimental data on the destruction of barriers made of concrete, granite, steel ST 3, AMC-n alloy, and zinc by the explosions of shaped charges of serial production with porous liners. Calculation formulas for estimating the radius of a destruction zone of geomaterials and rocks in case of a semi-infinite barrier are suggested. The calculation method is based on the estimation of energy impact on the rock by jet penetration velocity into the barrier. Jet velocities are determined experimentally and by engineering methods. The reasons for deviations in the hole shape and deflection of the destruction zone from the symmetry axis were determined. Originality. The modes of penetration of shaped jets into rocks of different porosity, the size of the fracture zone around the hole and the causes and mechanisms of the deviations of the hole shape from the symmetric one are established. Practical implications. The results of the research will be used to design blasting-and-perforation operations in geotechnological wells and can be used to design initiating devices for borehole charges.

Мета. Дослідження закономірностей деформування й руйнування крихких і пластичних гірських порід та бетонів при вибуху промислових кумулятивних зарядів. Методика. Метод контактних датчиків для визначення швидкості струменя; визначення швидкості ультразвукових хвиль у зразках бетону; оптична та електронна мікроскопія; рентгенофазний аналіз; вимірювання й візуальний аналіз розмірів та характеру зон деформування і руйнування. Результати. В роботі описані експериментальні дані про деформацію та руйнування перешкод з бетону, граніту, пінобетону, сталі Ст 3, сплаву АМЦ-н і цинку вибухами кумулятивних зарядів серійного виробництва з пористим облицюванням. Запропоновано розрахункові формули для оцінки радіусу зони руйнування геоматеріалів і гірських порід у разі напівнескінченної перешкоди. Визначено причини відхилень форми отвору і зони руйнування від осі симетрії. Наукова новизна. Визначено режими проникнення кумулятивних струменів у породи різної пористості, розміри зони руйнування навколо отвору, а також причини і механізми відхилення форми отвору від симетричної. Практична значимість. Результати досліджень будуть використані для проектування вибухо-прострілочних робіт у геотехнологічних свердловинах і можуть бути використані для конструювання ініціюючих пристроїв свердловинних зарядів.

Цель. Исследование закономерностей деформирования и разрушения хрупких и пластичных горных пород и бетонов при взрыве промышленных кумулятивных зарядов. Методика. Метод контактных датчиков для определения скорости струи; определение скорости ультразвуковых волн в образцах бетона; оптическая и электронная микроскопия; рентгенофазный анализ; измерение и визуальный анализ размеров и характера зон деформирования и разрушения. Результаты. В работе описаны экспериментальные данные о деформировании и разрушении преград из бетона, гранита, пенобетона, стали Ст 3, сплава АМЦ-н и цинка взрывами кумулятивных зарядов серийного производства с пористыми облицовками. Предложены расчетные формулы для оценки радиуса зоны разрушения геоматериалов и горных пород в случае полубесконечной преграды. Определены причины отклонений формы отверстия и зоны разрушения от оси симметрии. Научная новизна. Определены режимы проникания кумулятивных струй в породы различной пористости, размеры зоны разрушения вокруг отверстия, а также причины и механизмы отклонения формы отверстия от симметричной. Практическая значимость. Результаты исследований будут использованы для проектирования взрыво-прострелочных работ в геотехнологических скважинах и могут быть использованы для конструирования инициирующих устройств скважинных зарядов.