《淺水中爆炸及其破壞效應》是2010年國防工業出版社出版的圖書，作者是高建華，陸林，何洋揚。
基本介紹
- 書名：淺水中爆炸及其破壞效應
- 作者：高建華//陸林//何洋揚
- 出版社：國防工業出版社
- 出版時間：2010-1-1
圖書名稱,內容簡介,目錄,序言,
圖書名稱
《淺水中爆炸及其破壞效應》
作 者： 高建華//陸林//何洋揚
出 版 社：國防工業出版社
出版時間：2010-1-1
版 次：1頁 數：230字 數：267000 印刷時間：2010-1-1開 本：16開紙 張：膠版紙 印 次：1I S B N：9787118066166包 裝：平裝
內容簡介
內容簡介
本書系統地論述了淺水中爆炸及其破壞效應的相關內容，主要包括：水下爆炸研究的發展概況、淺水中爆炸衝擊波理論、水下爆炸衝擊波的邊界效應、空化的形成、水下爆炸參數量測技術、水下爆炸數值模擬研究、淺水中爆炸破壞效應等多方面內容。書中包括了作者以及合作者近年來所獲得的部分研究成果，相對於過去水下爆炸方面的出版物而言，本書的針對性更強，它著力闡述了淺水中爆炸作用研究的新方法、新認識、新進展和新方向。書中還特別對淺水中爆炸毀傷混凝土試件進行了理論，數值計算和試驗研究，尤其是試驗結果具有很強的參考價值。在強調基礎理論和系統性的同時，著重反映了該領域的最新熱點研究成果。
本書可供有關工程技術人員閱讀，尤其適合於爆炸理論，武器彈藥設計等領域的研究人員，也可以作為高等院校相關專業高年級學生及研究生的教材。
目錄
第1 章緒論……………………………………………………………………… 1
1. 1 水下爆炸問題研究的意義……………………………………………… 1
1. 2 水下爆炸問題的國內外研究現狀……………………………………… 3
1. 2. 1 水下爆破技術的發展概述…………………………………… 3
1. 2. 2 水下爆破理論研究現狀……………………………………… 4
1. 3 水下爆炸問題研究的發展趨勢………………………………………… 6
1. 4 水下爆炸問題研究的基本方法………………………………………… 9
1. 4. 1 水下爆炸的數值模擬………………………………………… 9
1. 4. 2 水下爆炸的測試技術……………………………………… 11
1. 4. 3 水下爆炸試驗與實踐……………………………………… 12
1. 5 目前存在的問題與難點……………………………………………… 13
1. 5. 1 淺層水中爆炸的界面效應………………………………… 13
1. 5. 2 水下爆炸的毀傷效應……………………………………… 13
1. 5. 3 作用目標的動態回響問題………………………………… 13
參考文獻……………………………………………………………………… 14
第2 章水下爆炸現象………………………………………………………… 20
2. 1 水下爆炸的基本現象………………………………………………… 20
2. 1. 1 水下衝擊波的形成及其特點……………………………… 20
2. 1. 2 水面上的現象……………………………………………… 21
2. 2 水下爆炸的氣泡現象及運動………………………………………… 24
2. 3 水下衝擊波的初始參數……………………………………………… 27
2. 4 水下爆炸的邊界效應………………………………………………… 28
2. 4. 1 衝擊波自由水面規則反射與無規則反射………………… 28
2. 4. 2 自由水面對衝擊波影響的線性理論……………………… 28
2. 4. 3 水底對衝擊波影響的線性理論…………………………… 33
2. 4. 4 淺層水中爆炸的界面影響………………………………… 36
參考文獻……………………………………………………………………… 37
第3 章淺水中爆炸衝擊波理論……………………………………………… 38
3. 1 淺水爆炸……………………………………………………………… 38
3. 1. 1 淺水爆炸參數……………………………………………… 38
3. 1. 2 初始條件的評估…………………………………………… 39
3. 1. 3 空化形成…………………………………………………… 42
3. 1. 4 臨界深度的上限與下限…………………………………… 44
3. 2 衝擊波水面反射原理………………………………………………… 46
3. 2. 1 衝擊波在自由水面線性反射……………………………… 46
3. 2. 2 水下衝擊波在自由水面的非線性反射…………………… 48
3. 3 淺水中爆炸流體動力學方法………………………………………… 54
3. 3. 1 淺水爆炸相似性分析……………………………………… 54
3. 3. 2 可壓縮動力學階段………………………………………… 55
3. 3. 3 不可壓縮流體動力學階段………………………………… 56
3. 3. 4 勢流法……………………………………………………… 58
3. 3. 5 流行的理論方法…………………………………………… 59
3. 3. 6 線性波場的研究工作簡介………………………………… 62
3. 3. 7 透過線性波理論看水中爆炸波的主要物理特點………… 63
參考文獻……………………………………………………………………… 67
第4 章水下爆炸氣泡運動…………………………………………………… 69
4. 1 運動的一般性質……………………………………………………… 69
4. 2 不可壓縮和無重流體的徑向運動…………………………………… 72
4. 3 氣泡在重力作用下的運動…………………………………………… 76
4. 3. 1 能量和動量方程式………………………………………… 76
4. 3. 2 泰勒方程式的無因次形式………………………………… 78
4. 3. 3 不考慮內能影響所得的結果……………………………… 80
4. 4 可壓縮性和非圓球性對氣泡運動的影響…………………………… 82
4. 4. 1 可壓縮性的影響…………………………………………… 83
4. 4. 2 重力的影響………………………………………………… 85
4. 4. 3 氣泡形狀的變化…………………………………………… 85
4. 5 邊界面的影響、映像法………………………………………………… 88
4. 5. 1 流體動力源………………………………………………… 89
4. 5. 2 用於剛性邊界的映像法…………………………………… 90
4. 5. 3 在自由表面和剛性底情況下的近似解…………………… 93
4. 6 邊界面附近氣泡運動的計算………………………………………… 96
4. 6. 1 振動周期…………………………………………………… 96
4. 6. 2 最大半徑…………………………………………………… 99
4. 6. 3 在重力作用下氣泡的位移………………………………… 99
4. 6. 4 表面附近氣泡位移的近似公式…………………………… 101
參考文獻…………………………………………………………………… 104
第5 章 水下爆炸參數量測…………………………………………………… 105
5. 1 水下爆炸衝擊波……………………………………………………… 105
5. 1. 1 概述………………………………………………………… 105
5. 1. 2 水下爆炸衝擊波特徵參數的估算………………………… 109
5. 2 爆炸衝擊波壓力量測系統…………………………………………… 113
5. 2. 1 壓電式壓力感測器………………………………………… 113
5. 2. 2 測量電路的選擇(放大器) ………………………………… 119
5. 2. 3 記錄分析儀………………………………………………… 125
5. 3 水下爆炸衝擊波測試………………………………………………… 126
5. 3. 1 水下爆炸衝擊波測試系統………………………………… 126
5. 3. 2 水下爆炸衝擊波測試技術問題…………………………… 128
5. 4 傳輸線與信號不失真傳輸…………………………………………… 129
5. 4. 1 均勻傳輸線簡單理論……………………………………… 131
5. 4. 2 常用傳輸線的特徵阻抗…………………………………… 135
5. 4. 3 傳輸線的幾種匹配方法…………………………………… 135
5. 5 壓力感測器及系統的標定…………………………………………… 136
5. 5. 1 標定激波管………………………………………………… 137
5. 5. 2 正弦壓力發生器…………………………………………… 138
參考文獻…………………………………………………………………… 138
第6 章 水下爆炸數值模擬…………………………………………………… 140
6. 1 數值軟體及數值模型………………………………………………… 141
6. 1. 1 LS － DYNA 軟體簡介……………………………………… 141
6. 1. 2 LS － DYNA 軟體的基本算法……………………………… 142
6. 1. 3 材料本構模型及狀態方程………………………………… 147
6. 1. 4 數值模型的假設和建立…………………………………… 151
6. 2 水下衝擊波繞射效應數值模擬……………………………………… 153
6. 2. 1 平面衝擊波繞射效應的數值分析………………………… 153
6. 2. 2 柱面衝擊波繞射效應的數值分析………………………… 161
6. 2. 3 球面衝擊波繞射效應的數值分析………………………… 164
6. 2. 4 衝擊波反射及繞射效應的幾個特徵……………………… 170
6. 3 淺水中衝擊波繞射效應數值模擬…………………………………… 171
6. 3. 1 混凝土試件面壓力特性…………………………………… 171
6. 3. 2 水下衝擊波與混凝土試件作用的反射和繞射效應……… 173
6. 3. 3 炸高對繞射效應的影響…………………………………… 178
參考文獻…………………………………………………………………… 179
第7 章淺水中裝藥對混凝土材料的爆炸毀傷效應分析…………………… 181
7. 1 混凝土材料的力學性能……………………………………………… 181
7. 1. 1 混凝土簡介………………………………………………… 181
7. 1. 2 混凝土的原材料…………………………………………… 182
7. 1. 3 混凝土的製備……………………………………………… 182
7. 1. 4 混凝土的性能……………………………………………… 183
7. 1. 5 普通混凝土的結構………………………………………… 184
7. 2 水下爆炸載荷作用下混凝土材料動態回響………………………… 184
7. 2. 1 混凝土脆性損傷本構……………………………………… 184
7. 2. 2 混凝土的損傷機理………………………………………… 186
7. 3 混凝土非線性動力損傷模型………………………………………… 189
7. 3. 1 混凝土材料的非線性動力損傷特性……………………… 189
7. 3. 2 非線性動力損傷模型的基本結構………………………… 192
7. 4 集團裝藥水下爆炸破壞混凝土試件的數值分析…………………… 197
7. 5 聚能裝藥淺水中毀傷效應的數值分析……………………………… 202
7. 5. 1 水介質中聚能戰鬥部侵徹效應的數值模擬……………… 202
7. 5. 2 射彈對混凝土試件侵徹的數值模擬……………………… 204
參考文獻…………………………………………………………………… 208
第8 章裝藥淺水中爆炸毀傷混凝土試件試驗研究………………………… 211
8. 1 引言…………………………………………………………………… 211
8. 2 淺水中爆炸毀傷試驗方案設計……………………………………… 213
8. 2. 1 集團裝藥淺水中爆炸毀傷混凝土試件…………………… 213
8. 2. 2 聚能裝藥淺水中爆炸毀傷混凝土試件…………………… 215
8. 3 試驗狀態與結果……………………………………………………… 218
8. 3. 1 集團裝藥爆炸毀傷試驗結果……………………………… 218
8. 3. 2 聚能裝藥爆炸毀傷試驗結果……………………………… 221
8. 4 試驗結果分析………………………………………………………… 224
8. 4. 1 試驗結果的理論分析……………………………………… 224
8. 4. 2 試驗結果與數值模擬計算結果的對比分析……………… 227
8. 4. 3 結論………………………………………………………… 229
參考文獻…………………………………………………………………… 229
1. 1 水下爆炸問題研究的意義……………………………………………… 1
1. 2 水下爆炸問題的國內外研究現狀……………………………………… 3
1. 2. 1 水下爆破技術的發展概述…………………………………… 3
1. 2. 2 水下爆破理論研究現狀……………………………………… 4
1. 3 水下爆炸問題研究的發展趨勢………………………………………… 6
1. 4 水下爆炸問題研究的基本方法………………………………………… 9
1. 4. 1 水下爆炸的數值模擬………………………………………… 9
1. 4. 2 水下爆炸的測試技術……………………………………… 11
1. 4. 3 水下爆炸試驗與實踐……………………………………… 12
1. 5 目前存在的問題與難點……………………………………………… 13
1. 5. 1 淺層水中爆炸的界面效應………………………………… 13
1. 5. 2 水下爆炸的毀傷效應……………………………………… 13
1. 5. 3 作用目標的動態回響問題………………………………… 13
參考文獻……………………………………………………………………… 14
第2 章水下爆炸現象………………………………………………………… 20
2. 1 水下爆炸的基本現象………………………………………………… 20
2. 1. 1 水下衝擊波的形成及其特點……………………………… 20
2. 1. 2 水面上的現象……………………………………………… 21
2. 2 水下爆炸的氣泡現象及運動………………………………………… 24
2. 3 水下衝擊波的初始參數……………………………………………… 27
2. 4 水下爆炸的邊界效應………………………………………………… 28
2. 4. 1 衝擊波自由水面規則反射與無規則反射………………… 28
2. 4. 2 自由水面對衝擊波影響的線性理論……………………… 28
2. 4. 3 水底對衝擊波影響的線性理論…………………………… 33
2. 4. 4 淺層水中爆炸的界面影響………………………………… 36
參考文獻……………………………………………………………………… 37
第3 章淺水中爆炸衝擊波理論……………………………………………… 38
3. 1 淺水爆炸……………………………………………………………… 38
3. 1. 1 淺水爆炸參數……………………………………………… 38
3. 1. 2 初始條件的評估…………………………………………… 39
3. 1. 3 空化形成…………………………………………………… 42
3. 1. 4 臨界深度的上限與下限…………………………………… 44
3. 2 衝擊波水面反射原理………………………………………………… 46
3. 2. 1 衝擊波在自由水面線性反射……………………………… 46
3. 2. 2 水下衝擊波在自由水面的非線性反射…………………… 48
3. 3 淺水中爆炸流體動力學方法………………………………………… 54
3. 3. 1 淺水爆炸相似性分析……………………………………… 54
3. 3. 2 可壓縮動力學階段………………………………………… 55
3. 3. 3 不可壓縮流體動力學階段………………………………… 56
3. 3. 4 勢流法……………………………………………………… 58
3. 3. 5 流行的理論方法…………………………………………… 59
3. 3. 6 線性波場的研究工作簡介………………………………… 62
3. 3. 7 透過線性波理論看水中爆炸波的主要物理特點………… 63
參考文獻……………………………………………………………………… 67
第4 章水下爆炸氣泡運動…………………………………………………… 69
4. 1 運動的一般性質……………………………………………………… 69
4. 2 不可壓縮和無重流體的徑向運動…………………………………… 72
4. 3 氣泡在重力作用下的運動…………………………………………… 76
4. 3. 1 能量和動量方程式………………………………………… 76
4. 3. 2 泰勒方程式的無因次形式………………………………… 78
4. 3. 3 不考慮內能影響所得的結果……………………………… 80
4. 4 可壓縮性和非圓球性對氣泡運動的影響…………………………… 82
4. 4. 1 可壓縮性的影響…………………………………………… 83
4. 4. 2 重力的影響………………………………………………… 85
4. 4. 3 氣泡形狀的變化…………………………………………… 85
4. 5 邊界面的影響、映像法………………………………………………… 88
4. 5. 1 流體動力源………………………………………………… 89
4. 5. 2 用於剛性邊界的映像法…………………………………… 90
4. 5. 3 在自由表面和剛性底情況下的近似解…………………… 93
4. 6 邊界面附近氣泡運動的計算………………………………………… 96
4. 6. 1 振動周期…………………………………………………… 96
4. 6. 2 最大半徑…………………………………………………… 99
4. 6. 3 在重力作用下氣泡的位移………………………………… 99
4. 6. 4 表面附近氣泡位移的近似公式…………………………… 101
參考文獻…………………………………………………………………… 104
第5 章 水下爆炸參數量測…………………………………………………… 105
5. 1 水下爆炸衝擊波……………………………………………………… 105
5. 1. 1 概述………………………………………………………… 105
5. 1. 2 水下爆炸衝擊波特徵參數的估算………………………… 109
5. 2 爆炸衝擊波壓力量測系統…………………………………………… 113
5. 2. 1 壓電式壓力感測器………………………………………… 113
5. 2. 2 測量電路的選擇(放大器) ………………………………… 119
5. 2. 3 記錄分析儀………………………………………………… 125
5. 3 水下爆炸衝擊波測試………………………………………………… 126
5. 3. 1 水下爆炸衝擊波測試系統………………………………… 126
5. 3. 2 水下爆炸衝擊波測試技術問題…………………………… 128
5. 4 傳輸線與信號不失真傳輸…………………………………………… 129
5. 4. 1 均勻傳輸線簡單理論……………………………………… 131
5. 4. 2 常用傳輸線的特徵阻抗…………………………………… 135
5. 4. 3 傳輸線的幾種匹配方法…………………………………… 135
5. 5 壓力感測器及系統的標定…………………………………………… 136
5. 5. 1 標定激波管………………………………………………… 137
5. 5. 2 正弦壓力發生器…………………………………………… 138
參考文獻…………………………………………………………………… 138
第6 章 水下爆炸數值模擬…………………………………………………… 140
6. 1 數值軟體及數值模型………………………………………………… 141
6. 1. 1 LS － DYNA 軟體簡介……………………………………… 141
6. 1. 2 LS － DYNA 軟體的基本算法……………………………… 142
6. 1. 3 材料本構模型及狀態方程………………………………… 147
6. 1. 4 數值模型的假設和建立…………………………………… 151
6. 2 水下衝擊波繞射效應數值模擬……………………………………… 153
6. 2. 1 平面衝擊波繞射效應的數值分析………………………… 153
6. 2. 2 柱面衝擊波繞射效應的數值分析………………………… 161
6. 2. 3 球面衝擊波繞射效應的數值分析………………………… 164
6. 2. 4 衝擊波反射及繞射效應的幾個特徵……………………… 170
6. 3 淺水中衝擊波繞射效應數值模擬…………………………………… 171
6. 3. 1 混凝土試件面壓力特性…………………………………… 171
6. 3. 2 水下衝擊波與混凝土試件作用的反射和繞射效應……… 173
6. 3. 3 炸高對繞射效應的影響…………………………………… 178
參考文獻…………………………………………………………………… 179
第7 章淺水中裝藥對混凝土材料的爆炸毀傷效應分析…………………… 181
7. 1 混凝土材料的力學性能……………………………………………… 181
7. 1. 1 混凝土簡介………………………………………………… 181
7. 1. 2 混凝土的原材料…………………………………………… 182
7. 1. 3 混凝土的製備……………………………………………… 182
7. 1. 4 混凝土的性能……………………………………………… 183
7. 1. 5 普通混凝土的結構………………………………………… 184
7. 2 水下爆炸載荷作用下混凝土材料動態回響………………………… 184
7. 2. 1 混凝土脆性損傷本構……………………………………… 184
7. 2. 2 混凝土的損傷機理………………………………………… 186
7. 3 混凝土非線性動力損傷模型………………………………………… 189
7. 3. 1 混凝土材料的非線性動力損傷特性……………………… 189
7. 3. 2 非線性動力損傷模型的基本結構………………………… 192
7. 4 集團裝藥水下爆炸破壞混凝土試件的數值分析…………………… 197
7. 5 聚能裝藥淺水中毀傷效應的數值分析……………………………… 202
7. 5. 1 水介質中聚能戰鬥部侵徹效應的數值模擬……………… 202
7. 5. 2 射彈對混凝土試件侵徹的數值模擬……………………… 204
參考文獻…………………………………………………………………… 208
第8 章裝藥淺水中爆炸毀傷混凝土試件試驗研究………………………… 211
8. 1 引言…………………………………………………………………… 211
8. 2 淺水中爆炸毀傷試驗方案設計……………………………………… 213
8. 2. 1 集團裝藥淺水中爆炸毀傷混凝土試件…………………… 213
8. 2. 2 聚能裝藥淺水中爆炸毀傷混凝土試件…………………… 215
8. 3 試驗狀態與結果……………………………………………………… 218
8. 3. 1 集團裝藥爆炸毀傷試驗結果……………………………… 218
8. 3. 2 聚能裝藥爆炸毀傷試驗結果……………………………… 221
8. 4 試驗結果分析………………………………………………………… 224
8. 4. 1 試驗結果的理論分析……………………………………… 224
8. 4. 2 試驗結果與數值模擬計算結果的對比分析……………… 227
8. 4. 3 結論………………………………………………………… 229
參考文獻…………………………………………………………………… 229
序言
水下爆炸研究最早可以追溯到19世紀60年代。海戰需要始終是這項研究最主要的驅動力。第二次世界大戰中大規模的海戰使人們的注意力又一次集中到水下爆炸問題上，一些國家（特別是美國和蘇聯）專門設立了水下爆炸研究機構，廣泛研究水下爆炸現象、理論和套用技術。經過100多年，特別是近50年的研究，水下爆炸問題的研究得到了迅猛發展。新中國成立後，國內也開展了該領域的廣泛研究，特別是長江科學院、中科院力學所、航總702所等單位做了大量的探索性研究。
早在20世紀60年代，P.Cole（1948）就對水下爆炸現象進行了分析歸納，系統總結和研究了水下衝擊波形成及傳播理論、衝擊波測量、界面效應等，形成了一套較為完整的水下爆炸理論。S.Temkin（1988）評述了小藥量水下爆炸產生的壓力脈衝的傳播規律，肯定了非線性聲學方法的實用性，同時指出在很大程度上甚至可以忽略非線性效應。B.Mehaute和S.Wang（1994）匯集了有關爆炸形成水下波系形成和傳播的理論基礎及實驗結果，分析了各種理論的適用條件。
而目前淺水中的爆炸作用研究仍然是個難點和熱點。近年來，在開展淺水中爆炸的相關試驗過程中，遇到了爆炸衝擊波以及聚能裝藥對淺水中障礙物的毀傷作用問題。此後，又花費了大量的時間和精力去收集研讀相關的文獻資料，期望能從中找到解釋試驗現象的機制和理論分析方法。目前國內仍未建立這方面較為系統的理論，難以滿足認識相關問題的需要。在這種情況下，我們開始了較為深入和系統的研究工作。
