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內容概要

《爆炸與沖擊動力學》共9章。第1章簡要介紹爆炸與沖擊的研究對象和基本特征。第2章著重介紹連續(xù)介質力學的基本理論，作為后續(xù)章節(jié)的理論基礎。第3章從氣體動力學的角度出發(fā)，對一維非定常連續(xù)流動和沖擊波理論進行詳細的介紹。第4章介紹爆炸動力學問題，包括炸藥爆轟的基本理論、爆轟波參數(shù)計算及實驗測量和不同介質中炸藥的爆炸過程。第5章介紹固體中的應力波，包括對彈性波、塑性波、激波和卸載波等的分析討論。第6章著重介紹簡單結構的動力響應和沖擊屈服問題，對于結構的動力響應問題，限定于小變形條件，不考慮應力波在物體內的傳播。第7章著重介紹彈體對流體和巖土介質的侵徹問題以及彈體撞擊靶板時的貫穿問題。第8章詳細介紹爆炸與沖擊問題的數(shù)值模擬方法，具體包括Eular法、Lagrange法和SPH方法等，包含了《爆炸與沖擊動力學》作者多年來在計算爆炸力學領域的一些原創(chuàng)性研究成果。第9章結合作者在材料動態(tài)力學性能方面的研究成果，對常用的動態(tài)加載實驗和技術進行詳細介紹，加載方式包括：Hopkinson桿、輕氣炮和平面波加載，研究材料包括混凝土／鋼筋混凝土、陶瓷、鎢合金和泡沫鋁等。

書籍目錄

統(tǒng)一符號列表第1章 緒論 1.1 研究對象和目的 1.2 炸藥與爆炸的主要特征 1.3 爆炸與沖擊效應 1.4 爆炸與沖擊的傳播 參考文獻第2章 連續(xù)介質力學理論基礎 2.1 連續(xù)介質運動學 2.1.1 連續(xù)介質運動的描述 2.1.2 物質坐標法 2.1.3 空間坐標法 2.2 連續(xù)介質的變形 2.2.1 變形與變形梯度 2.2.2 變形梯度的極分解 2.2.3 應變與應變率 2.2.4 小變形 2.3 連續(xù)介質動力學 2.3.1 應力張量 2.3.2 動力學定理 2.3.3 熱力學定律 2.4 本構方程 2.4.1 建立本構方程的一般原則 2.4.2 理想流體與Reiner-Rivlin流體 2.4.3 理想彈性與彈塑性體 2.4.4 過應力模型理論Perzyna方程 2.4.5 擬線性本構方程 2.4.6 熱彈性體一Duhamel-Neumann法則 2.4.7 動態(tài)高壓、較高壓下的本構關系和應力變化率 2.5 常用基本方程小結 參考文獻第3章 氣體動力學與沖擊波 3.1 氣體動力學基本方程及基本概念 3.1.1 氣體的物理性質 3.1.2 熱力學基礎 3.1.3 基本方程 3.1.4 聲速及馬赫數(shù) 3.2 一維非定常連續(xù)流動 3.2.1 波的形成及分類 3.2.2 小擾動微幅波的運動 3.2.3 微幅波的反射與相交 3.2.4 有限振幅簡單波 3.2.5 特征線法 3.3 沖擊波 3.3.1 正沖擊波的基本關系式 3.3.2 多方氣體沖擊波關系式 3.3 3 凝聚介質的沖擊波關系式 3.3.4 沖擊波的Hugoniot曲線 3.3.5 沖擊波的基本性質 參考文獻第4章爆炸動力學問題 4.1 炸藥爆轟的基本理論 4.1.1 爆轟波的CJ理論 4.1.2 多方氣體中的爆轟_ 4.1.3 爆轟波的ZND模型 4.2 爆轟波參數(shù)計算及實驗測量 4.2.爆轟產物的狀態(tài)方程 4.2.2 炸藥爆轟參數(shù)的理論計算 4.2.3 炸藥爆轟參數(shù)的實驗測量 4.2.4 爆轟波形的控制. 4.3 不同介質中炸藥的爆炸過程 4.3.1 空中爆炸 4.3.2 水中爆炸 4.3.3 巖土介質中的爆炸 參考文獻第5章 固體中的應力波 5.1 彈性波 5.1.1 一維彈性波 5.1.2 彌散波 5.1.3 非線性彈性波 5.1.4 波的反射 5.1.5 一維平面波 5.1.6 無限介質中的彈性波體波 5.1.7 半無限介質表面的波面波 5.2 彈塑性加載波 5.3 彈黏塑性波 5.4 激波 5.5 激波陣面上的守恒條件Hugoniot能量方程 5.6 卸載波 5.6.1 一般概念 5.6.2 卸載波的確定 5.6.3 彈塑性波的內碰撞 參考文獻第6章 沖擊動力學問題 6.1 概述固體材料動力學特性 6.1.1 固體材料的動力特性 6.1.2 在高應變率下塑性變形的微觀機制 6.2 能量原理與彈塑性動力學基本關系式 6.2.1 間斷面的傳播動力和運動連續(xù)條件 6.2.2 Hamilton原理 6.2.3 虛速度原理與位移限界定理 6.2.4 剛塑性體動力學廣義變分原理 6.2.5 解的唯一性定理 6.3 簡單結構的動力響應 6.3.1 彈塑性梁的基本方程不同的運動階段 6.3.2 簡支彈塑性梁的動力響應 6.3.3 簡單剛塑性梁的動力響應 6.3.4 彈塑性薄板的動力響應概述 6.3.5 剛塑性圓板的動力分析 6.3.6 塑性薄殼動力學基本關系式殼體的屈服條件 6.3.7 圓柱殼體的簡化屈服條件 6.3.8 圓柱殼在沖擊壓力作用下的塑性動力響應 6.3.9 球殼的塑性動力響應 6.3.1 0沖擊作用下球頂殼的動力學分析 6.4 沖擊屈曲 6.4.1 沖擊屈曲與振動屈曲 6.4.2 Liapunov穩(wěn)定性理論 6.4.3 Koiter初始后屈曲理論 6.4.4 Budiansky－Hutchinson動力屈曲理論 6.4.5 塑性動力屈曲分析模型 參考文獻第7章 侵徹與穿甲力學問題 7.1 一般概念 7.2 尖頭楔體對流體的侵徹 7.2.1 流體的自模擬運動 7.2.2 楔體對流體的侵徹 7.2.3 錐體對流體的侵徹 7.3 彈體對土介質的侵徹 7.3.1 尖頭彈對土體的侵徹分析 7.3.2 尖頂錐頭與尖頂拱頭彈體對兩相介質的侵徹 7.3.3 彈體對線性變形介質的侵徹問題 7.4 穿甲力學問題 7.4.1 穿甲力學問題的特征 7.4.2 剛塑性平頭長桿彈撞擊剛性靶的泰勒理論 7.4.3 Hawyard能量法 7.4.4 桿狀彈高速撞擊靶板的擴孔型貫穿分析 7.4.5 尖頭彈撞擊靶板花瓣式貫穿分析 7.4.6 超高速侵徹 參考文獻第8章 爆炸與沖擊問題的數(shù)值模擬 8.1 爆炸與沖擊問題的數(shù)值模擬方法概述 8.2 Euler型的計算方法 8.2.1 基本假定 8.2.2 控制方程組 8.2.3 計算域的離散（網(wǎng)格與變量配置） 8.2.4 偏微分方程組的差分離散（數(shù)值方法） 8.2.5 典型算例介紹 8.3 Lagrange型的計算方法 8.3.1 控制方程組 8.3.2 空間有限元離散化 8.3.3 高斯積分與沙漏問題 8.3.4 時間積分和時間步長控制 8.3.5 應力計算 8.3.6 沖擊波與人工體積黏性 8.3.7 滑移、接觸算法 8.3.8 典型算例 8.4 SPH方法 8.4.1 無網(wǎng)格法發(fā)展概況 8.4.2 SPH光滑粒子流體動力學法 參考文獻第9章 動加載實驗與技術 9.1 理論和實驗的關系 9.2 實驗在爆炸與沖擊問題研究中的重要性 9.3 Hopkinson實驗技術 9.3.1 SHPB實驗技術 9.3.2 沖擊拉伸Hopkinson實驗裝置（SHTB） 9.3.3 沖擊扭轉的Hopkinson實驗裝置 9.3.4 Hopkinson實驗技術研究現(xiàn)狀及存在問題 9.4 高壓下材料行為的實驗研究 9.4.1 平面波加載 9.4.2 氣體炮 9.5 激光動驅動加載實驗測試技術 9.5.1 激光干涉測速技術的發(fā)展 9.5.2 LDA，LDV及其與VISAR的區(qū)別 9.5.3 VISAR——可測量任意反射表面的速度干涉儀 9.6 實驗研究 9.6.1 混凝土、鋼筋混凝土材料沖擊試驗 9.6.2 陶瓷材料的沖擊實驗 9.6.3 鎢合金材料的沖擊實驗 9.6.4 泡沫鋁材料 參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：不少物質的初始狀態(tài)含有大量的能量，當由于某種原因該物質的初始狀態(tài)突然發(fā)生變化，并迅速釋放出大量的能量的現(xiàn)象稱為爆炸，爆炸發(fā)出的巨大能量，快速地以波的形式向周圍擴散、傳播，造成周圍介質劇烈的破壞。此外，電能轉化為熱能、原子能在一定條件下轉化為動能時，都可瞬間釋放出大量的能量，導致爆炸；物體以高速碰撞時，也會發(fā)生爆炸現(xiàn)象。一般說來，爆炸現(xiàn)象都是物質變?yōu)橐环N高溫高壓氣體的化學反應，反應極為迅速，并隨之放出3000~C左右的高溫和幾萬個大氣壓的沖擊壓。爆炸現(xiàn)象除化學爆炸外，還有物理爆炸和核爆炸。雷電放電現(xiàn)象、高速碰撞引起的爆炸屬于物理爆炸。核爆炸釋放出巨大的核能是一種更加劇烈的爆炸現(xiàn)象，，其爆炸時產生的強沖擊波、光輻射等效應都將對周圍環(huán)境產生非常巨大的破壞作用。爆炸會對人們的生活環(huán)境形成破壞甚至巨大災害，但爆炸效應在工程中也有廣泛的應用，如破巖，破冰，爆破拆除，等等。所謂沖擊是指一物體以極高的速度對另一物體的撞擊。在軍事上，撞擊物或稱拋射體指高速發(fā)射的彈體，被撞擊物即為靶體。彈體的飛行速度可達1000m／s～1500m／s，在沖擊靶體的瞬間沖擊壓力可達1GPa甚至更高，以造成靶體的破壞。除此之外，日常生活中、工程技術上，人們會經常碰到各式各樣的沖擊現(xiàn)象，如打樁問題、高壓水柱對物體沖擊、鳥撞飛機、汽車碰撞等，都是一物體與另一物體發(fā)生高速碰撞。爆炸與沖擊的力學問題，可分解為幾個重要的研究領域：爆轟物理學，爆炸動力學，波在不同介質中的傳播，沖擊動力學，彈體對不同介質的侵徹力學，穿甲力學，抗爆結構動力學，等等。對以上問題的研究，其目的一方面是有效地利用爆炸和沖擊所釋放出來的能量，完成預定的建設性或攻擊性、破壞性的任務；另一方面則是預防爆炸和沖擊所釋放出來的能量對不得損壞的建筑物、構筑物、各種設施和運載物體的攻擊和破壞。本書就是為這類重要問題的研究和應用打下理論基礎。

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《爆炸與沖擊動力學》：國家科學技術著作基金。

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