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一文说尽冲击动力学——爆炸与炸药

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燥炸力学是一门新兴的交叉科学,它包括流体力学、气体动力学基础、固体力学、物理力学和化学反应动力学等学科,它是这些学科之间的边缘学科。此外,还涉及到电磁学、电工学、电子学、电子计算机和控制论等


爆炸力学主要研究爆炸现象发生和发展的规律,爆炸的各种效应以及力学效应的利用、控制和防护等。又因爆轰波和冲击波的理论属于力学的又一分支,叫做物理力学(或爆轰物理学)。至于强冲击波在固体介质(如土、岩石、金属)中的传播则又是一门新学科。它要考虑多种颗粒的小晶体在强冲击波作用下的行为,即研究大约1E-3厘米成1E5埃范围的动力学。


这是涉及到上百万原子集体的运动,在国外叫“亚微观”或“准微观”的学科,用物理上的术语来说,叫做“精细力学”。爆炸力学在国民经济中,特别是在国防建设中有着重要的作用。显而易见,常规武器和核武器的研制,各种防护工程、抗爆结构的研究,工程爆破、爆炸加工及焊接等方面都要用到爆炸力学的理论。正因为如此,爆炸力学研究的进展,反过来又促进了上述各个方面的发展。


由于爆炸现象具有高湿、高压和瞬时作用的特点,虽然爆炸力学的研究方法也是实验和数学分析相结合的方法,但它和一般的连续介质力学有着明显的区别:其一是在爆炸力学中,载荷和介质是耦合在一起且相互作用的,只有在爆炸力学问题最后解决时才能知道裁荷的大小;其二是介质的物理数学模式的选取也要由载荷的强度来决定,例如固体在低强度载荷作用下可以看作是弹性体,在中等强度时取流体弹塑性模式,在高强度时则可看作为流体。反之像水这样明显的流体,在低强度爆炸压力的作用下,又可看作是刚体。


来源:STEM与计算机方法
化学电子焊接理论爆炸控制
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首次发布时间:2024-09-10
最近编辑:2月前
江野
博士 等春风得意,等时间嘉许。
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一文说尽冲击动力学——裂纹静力学基础、Griffith能量法和Irwin力场法

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

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新棋尓
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1月前
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