一文说尽冲击动力学——爆炸与炸药

点击上方蓝字了解更多计算与STEM领域研究前沿从细观角度看，材料的动态破坏是一个不同形式的细观损伤（微裂纹、微空洞、微剪切带等）以一定速率演化的时间过程。因此广义上讲，材料破坏都是一个动态的演化过程，因而对材料破坏的研究离不开对细观损伤动态演化规律的研究。从细观上说细观损伤连通成宏观裂纹，导致破坏。而从宏观角度分析，我们一般会面临两类问题：如果细观损伤尚未连通成宏观裂纹，我们的研究对象即便含有细观损伤也是没有宏观裂纹的“无裂纹体”；反之，我们的研究对象就是具有宏观裂纹的“裂纹体”。经典连续介质力学以研究无裂纹体为主，这时物体任一点的位移是时空的连续单值函数。而一旦出现宏观裂纹，位移就不再限于连续单值函数，因为裂纹在数学上可以表示为位移的强间断，出现了奇异性，这就使问题大大复杂化了。对于裂纹体研究的一个有趣而重要的结果是，其强度取决于裂纹尖端很小邻域的力学场特性。由此力学家们把精力集中在研究宏观裂纹相关的力学，形成了一门新的力学分支一含有宏观裂纹的固体的力学，有的学者称之为断裂力学(Fracture Mechanics),有的学者称之为裂纹力学(Crack Mechanics)。裂纹体是一类特殊的结构。从裂纹力学的角度来研究裂纹体的破坏时，有两个核心问题：其一是如何来确定在不同载荷条件下裂纹尖端的力学场（应力、应变、位移等力学量的时空分布等），这是问题的结构响应方面。其二是如何来确定在不同的载荷条件下裂纹体材料抵抗裂纹失稳扩展而破坏的能力（断裂韧性），这是问题的材料响应方面。在爆炸/冲击动载荷下，裂纹动力学(Crack Dynamics))问题进一步复杂化，表现在：一方面，在结构动态响应方面，要计及应力波效应（惯性效应），这包括应力波对于稳定裂纹尖端附近动态力学场的影响以及运动裂纹的动能和惯性对于裂纹尖端附近动态力学场的影响。另一方面，在材料动态响应方面，要计及加载速率对于材料断裂韧性的影响。问题的复杂性还在于，裂纹动态起裂扩展过程会伴随着卸载波的发射和相互作用，这是研究者们在对基于多裂纹源动态破坏即所谓碎裂的研究中格外关注的。首先，回顾一下准静载荷下裂纹静力学的若干基础知识。裂纹静力学基础来源：STEM与计算机方法