《爆炸與衝擊動力學》是一本書籍，該書共9章，介紹了爆炸與衝擊研究。
基本介紹
內容,目錄,
內容
《爆炸與衝擊動力學》共9章。第1章簡要介紹爆炸與衝擊的研究對象和基本特徵。第2章著重介紹連續介質力學的基本理論，作為後續章節的理論基礎。第3章從氣體動力學的角度出發，對一維非定常連續流動和衝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回響和衝擊屈服問題，對於結構的動力回響問題，限定於小變形條件，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岩土介質的侵徹問題以及彈體撞擊靶板時的貫穿問題。第8章詳細介紹爆炸與衝擊問題的數值模擬方法，具體包括Eular法、Lagrange法和SPH方法等，包含了《爆炸與衝擊動力學》作者多年來在計算爆炸力學領域的一些原創性研究成果。第9章結合作者在材料動態力學性能方面的研究成果，對常用的動態載入實驗和技術進行詳細介紹，載入方式包括：Hopkinson桿、輕氣炮和平面波載入，研究材料包括混凝土/鋼筋混凝土、陶瓷、鎢合金和泡沫鋁等。
目錄
統一符號列表……1
第1章 緒論……2
1.1 研究對象和目的……2
1.2 炸藥與爆炸的主要特徵……2
1.3 爆炸與衝擊效應……3
1.4 爆炸與衝擊的傳播……6
參考文獻……7
第2章 連續介質力學理論基礎……8
2.1 連續介質運動學……8
2.1.1 連續介質運動的描述……8
2.1.2 物質坐標法……9
2.1.3 空間坐標法……11
2.2 連續介質的變形……13
2.2.1 變形與變形梯度……13
2.2.2 變形梯度的極分解……14
2.2.3 應變與應變率……16
2.2.4 小變形……18
2.3 連續介質動力學……19
2.3.1 應力張量……19
2.3.2 動力學定理……21
2.3.3 熱力學定律……22
2.4 本構方程……25
2.4.1 建立本構方程的一般原則……25
2.4.2 理想流體與Reiner-Rivlin流體……26
2.4.3 理想彈性與彈塑性體……30
2.4.4 過應力模型理論Perzyna方程……32
2.4.5 擬線性本構方程……35
2.4.6 熱彈性體-Duhamel-Neumann法則……37
2.4.7 動態高壓、較高壓下的本構關係和應力變化率……38
2.5 常用基本方程小結……43
參考文獻……45
第3章 氣體動力學與衝擊波……47
3.1 氣體動力學基本方程及基本概念……47
3.1.1 氣體的物理性質……47
3.1.2 熱力學基礎……48
3.1.3 基本方程……51
3.1.4 聲速及馬赫數……53
3.2 一維非定常連續流動……54
3.2.1 波的形成及分類……55
3.2.2 小擾動微幅波的運動……56
3.2.3 微幅波的反射與相交……58
3.2.4 有限振幅簡單波……61
3.2.5 特徵線法……63
3.3 衝擊波……66
3.3.1 正衝擊波的基本關係式……66
3.3.2 多方氣體衝擊波關係式……68
3.3.3 凝聚介質的衝擊波關係式……70
3.3.4 衝擊波的Hugoniot曲線……72
3.3.5 衝擊波的基本性質……75
參考文獻……77
第4章 爆炸動力學問題……79
4.1 炸藥爆轟的基本理論……79
4.1.1 爆轟波的CJ理論……79
4.1.2 多方氣體中的爆轟……83
4.1.3 爆轟波的ZND模型……87
4.2 爆轟波參數計算及實驗測量……90
4.2.1 爆轟產物的狀態方程……90
4.2.2 炸藥爆轟參數的理論計算……93
4.2.3 炸藥爆轟參數的實驗測量……98
4.2.4 爆轟波形的控制……107
4.3 不同介質中炸藥的爆炸過程……110
4.3.1 空中爆炸……110
4.3.2 水中爆炸……128
4.3.3 岩土介質中的爆炸……145
參考文獻……160
第5章 固體中的應力波……161
5.1 彈性波……161
5.1.1 一維彈性波……161
5.1.2 彌散波……164
5.1.3 非線性彈性波……166
5.1.4 波的反射……169
5.1.5 一維平面波……170
5.1.6 無限介質中的彈性波體波……171
5.1.7 半無限介質表面的波面波……172
5.2 彈塑性載入波……176
5.3 彈黏塑性波……180
5.4 激波……188
5.5 激波陣面上的守恆條件Hugoniot能量方程……191
5.6 卸載波……195
5.6.1 一般概念……195
5.6.2 卸載波的確定……197
5.6.3 彈塑性波的內碰撞……201
參考文獻……207
第6章 衝擊動力學問題……208
6.1 概述固體材料動力學特性……208
6.1.1 固體材料的動力特性……209
6.1.2 在高應變率下塑性變形的微觀機制……210
6.2 能量原理與彈塑性動力學基本關係式……211
6.2.1 間斷面的傳播動力和運動連續條件……212
6.2.2 Hamilton原理……217
6.2.3 虛速度原理與位移限界定理……217
6.2.4 剛塑性體動力學廣義變分原理……220
6.2.5 解的唯一性定理……222
6.3 簡單結構的動力回響……224
6.3.1 彈塑性梁的基本方程 不同的運動階段……224
6.3.2 簡支彈塑性梁的動力回響……228
6.3.3 簡單剛塑性梁的動力回響……234
6.3.4 彈塑性薄板的動力回響概述……242
6.3.5 剛塑性圓板的動力分析……250
6.3.6 塑性薄殼動力學基本關係式 殼體的屈服條件……259
6.3.7 圓柱殼體的簡化屈服條件……260
6.3.8 圓柱殼在衝擊壓力作用下的塑性動力回響……266
6.3.9 球殼的塑性動力回響……275
6.3.10 衝擊作用下球頂殼的動力學分析……281
6.4 衝擊屈曲……290
6.4.1 衝擊屈曲與振動屈曲……291
6.4.2 Liapunov穩定性理論……292
6.4.3 Koiter初始後屈曲理論……295
6.4.4 Budiansky-Hutchinson動力屈曲理論……298
6.4.5 塑性動力屈曲分析模型……300
參考文獻……304
第7章 侵徹與穿甲力學問題……306
7.1 一般概念……306
7.2 尖頭楔體對流體的侵徹……307
7.2.1 流體的自模擬運動……307
7.2.2 楔體對流體的侵徹……309
7.2.3 錐體對流體的侵徹……312
7.3 彈體對土介質的侵徹……315
7.3.1 尖頭彈對土體的侵徹分析……315
7.3.2 尖頂錐頭與尖頂拱頭彈體對兩相介質的侵徹……322
7.3.3 彈體對線性變形介質的侵徹問題……327
7.4 穿甲力學問題……328
7.4.1 穿甲力學問題的特徵……328
7.4.2 剛塑性平頭長桿彈撞擊剛性靶的泰勒理論……330
7.4.3 Hawyard能量法……332
7.4.4 桿狀彈高速撞擊靶板的擴孔型貫穿分析……334
7.4.5 尖頭彈撞擊靶板花瓣式貫穿分析……338
7.4.6 超高速侵徹……340
參考文獻……344
第8章 爆炸與衝擊問題的數值模擬……345
8.1 爆炸與衝擊問題的數值模擬方法概述……345
8.2 Euler 型的計算方法……347
8.2.1 基本假定……348
8.2.2 控制方程組……349
8.2.3 計算域的離散(格線與變數配置) ……353
8.2.4 偏微分方程組的差分離散(數值方法)……354
8.2.5 典型算例介紹……364
8.3 Lagrange型的計算方法……371
8.3.1 控制方程組……371
8.3.2 空間有限元離散化……373
8.3.3 高斯積分與沙漏問題……375
8.3.4 時間積分和時間步長控制……378
8.3.5 應力計算……378
8.3.6 衝擊波與人工體積黏性……379
8.3.7 滑移、接觸算法……380
8.3.8 典型算例……382
8.4 SPH方法……382
8.4.1 無格線法發展概況……382
8.4.2 SPH 光滑粒子流體動力學法……384
參考文獻……396
第9章 動載入實驗與技術……397
9.1 理論和實驗的關係……397
9.2 實驗在爆炸與衝擊問題研究中的重要性……397
9.3 Hopkinson實驗技術……398
9.3.1 SHPB 實驗技術……398
9.3.2 衝擊拉伸Hopkinson實驗裝置(SHTB)……401
9.3.3 衝擊扭轉的Hopkinson實驗裝置……404
9.3.4 Hopkinson實驗技術研究現狀及存在問題……404
9.4 高壓下材料行為的實驗研究……407
9.4.1 平面波載入……407
9.4.2 氣體炮……408
9.5 雷射動驅動載入實驗測試技術……418
9.5.1 雷射干涉測速技術的發展……420
9.5.2 LDA,LDV及其與VISAR的區別……421
9.5.3 VISAR———可測量任意反射表面的速度干涉儀……422
9.6 實驗研究……427
9.6.1 混凝土、鋼筋混凝土材料衝擊試驗……427
9.6.2 陶瓷材料的衝擊實驗……433
9.6.3 鎢合金材料的衝擊實驗……434
9.6.4 泡沫鋁材料……439
參考文獻……440
第1章 緒論……2
1.1 研究對象和目的……2
1.2 炸藥與爆炸的主要特徵……2
1.3 爆炸與衝擊效應……3
1.4 爆炸與衝擊的傳播……6
參考文獻……7
第2章 連續介質力學理論基礎……8
2.1 連續介質運動學……8
2.1.1 連續介質運動的描述……8
2.1.2 物質坐標法……9
2.1.3 空間坐標法……11
2.2 連續介質的變形……13
2.2.1 變形與變形梯度……13
2.2.2 變形梯度的極分解……14
2.2.3 應變與應變率……16
2.2.4 小變形……18
2.3 連續介質動力學……19
2.3.1 應力張量……19
2.3.2 動力學定理……21
2.3.3 熱力學定律……22
2.4 本構方程……25
2.4.1 建立本構方程的一般原則……25
2.4.2 理想流體與Reiner-Rivlin流體……26
2.4.3 理想彈性與彈塑性體……30
2.4.4 過應力模型理論Perzyna方程……32
2.4.5 擬線性本構方程……35
2.4.6 熱彈性體-Duhamel-Neumann法則……37
2.4.7 動態高壓、較高壓下的本構關係和應力變化率……38
2.5 常用基本方程小結……43
參考文獻……45
第3章 氣體動力學與衝擊波……47
3.1 氣體動力學基本方程及基本概念……47
3.1.1 氣體的物理性質……47
3.1.2 熱力學基礎……48
3.1.3 基本方程……51
3.1.4 聲速及馬赫數……53
3.2 一維非定常連續流動……54
3.2.1 波的形成及分類……55
3.2.2 小擾動微幅波的運動……56
3.2.3 微幅波的反射與相交……58
3.2.4 有限振幅簡單波……61
3.2.5 特徵線法……63
3.3 衝擊波……66
3.3.1 正衝擊波的基本關係式……66
3.3.2 多方氣體衝擊波關係式……68
3.3.3 凝聚介質的衝擊波關係式……70
3.3.4 衝擊波的Hugoniot曲線……72
3.3.5 衝擊波的基本性質……75
參考文獻……77
第4章 爆炸動力學問題……79
4.1 炸藥爆轟的基本理論……79
4.1.1 爆轟波的CJ理論……79
4.1.2 多方氣體中的爆轟……83
4.1.3 爆轟波的ZND模型……87
4.2 爆轟波參數計算及實驗測量……90
4.2.1 爆轟產物的狀態方程……90
4.2.2 炸藥爆轟參數的理論計算……93
4.2.3 炸藥爆轟參數的實驗測量……98
4.2.4 爆轟波形的控制……107
4.3 不同介質中炸藥的爆炸過程……110
4.3.1 空中爆炸……110
4.3.2 水中爆炸……128
4.3.3 岩土介質中的爆炸……145
參考文獻……160
第5章 固體中的應力波……161
5.1 彈性波……161
5.1.1 一維彈性波……161
5.1.2 彌散波……164
5.1.3 非線性彈性波……166
5.1.4 波的反射……169
5.1.5 一維平面波……170
5.1.6 無限介質中的彈性波體波……171
5.1.7 半無限介質表面的波面波……172
5.2 彈塑性載入波……176
5.3 彈黏塑性波……180
5.4 激波……188
5.5 激波陣面上的守恆條件Hugoniot能量方程……191
5.6 卸載波……195
5.6.1 一般概念……195
5.6.2 卸載波的確定……197
5.6.3 彈塑性波的內碰撞……201
參考文獻……207
第6章 衝擊動力學問題……208
6.1 概述固體材料動力學特性……208
6.1.1 固體材料的動力特性……209
6.1.2 在高應變率下塑性變形的微觀機制……210
6.2 能量原理與彈塑性動力學基本關係式……211
6.2.1 間斷面的傳播動力和運動連續條件……212
6.2.2 Hamilton原理……217
6.2.3 虛速度原理與位移限界定理……217
6.2.4 剛塑性體動力學廣義變分原理……220
6.2.5 解的唯一性定理……222
6.3 簡單結構的動力回響……224
6.3.1 彈塑性梁的基本方程 不同的運動階段……224
6.3.2 簡支彈塑性梁的動力回響……228
6.3.3 簡單剛塑性梁的動力回響……234
6.3.4 彈塑性薄板的動力回響概述……242
6.3.5 剛塑性圓板的動力分析……250
6.3.6 塑性薄殼動力學基本關係式 殼體的屈服條件……259
6.3.7 圓柱殼體的簡化屈服條件……260
6.3.8 圓柱殼在衝擊壓力作用下的塑性動力回響……266
6.3.9 球殼的塑性動力回響……275
6.3.10 衝擊作用下球頂殼的動力學分析……281
6.4 衝擊屈曲……290
6.4.1 衝擊屈曲與振動屈曲……291
6.4.2 Liapunov穩定性理論……292
6.4.3 Koiter初始後屈曲理論……295
6.4.4 Budiansky-Hutchinson動力屈曲理論……298
6.4.5 塑性動力屈曲分析模型……300
參考文獻……304
第7章 侵徹與穿甲力學問題……306
7.1 一般概念……306
7.2 尖頭楔體對流體的侵徹……307
7.2.1 流體的自模擬運動……307
7.2.2 楔體對流體的侵徹……309
7.2.3 錐體對流體的侵徹……312
7.3 彈體對土介質的侵徹……315
7.3.1 尖頭彈對土體的侵徹分析……315
7.3.2 尖頂錐頭與尖頂拱頭彈體對兩相介質的侵徹……322
7.3.3 彈體對線性變形介質的侵徹問題……327
7.4 穿甲力學問題……328
7.4.1 穿甲力學問題的特徵……328
7.4.2 剛塑性平頭長桿彈撞擊剛性靶的泰勒理論……330
7.4.3 Hawyard能量法……332
7.4.4 桿狀彈高速撞擊靶板的擴孔型貫穿分析……334
7.4.5 尖頭彈撞擊靶板花瓣式貫穿分析……338
7.4.6 超高速侵徹……340
參考文獻……344
第8章 爆炸與衝擊問題的數值模擬……345
8.1 爆炸與衝擊問題的數值模擬方法概述……345
8.2 Euler 型的計算方法……347
8.2.1 基本假定……348
8.2.2 控制方程組……349
8.2.3 計算域的離散(格線與變數配置) ……353
8.2.4 偏微分方程組的差分離散(數值方法)……354
8.2.5 典型算例介紹……364
8.3 Lagrange型的計算方法……371
8.3.1 控制方程組……371
8.3.2 空間有限元離散化……373
8.3.3 高斯積分與沙漏問題……375
8.3.4 時間積分和時間步長控制……378
8.3.5 應力計算……378
8.3.6 衝擊波與人工體積黏性……379
8.3.7 滑移、接觸算法……380
8.3.8 典型算例……382
8.4 SPH方法……382
8.4.1 無格線法發展概況……382
8.4.2 SPH 光滑粒子流體動力學法……384
參考文獻……396
第9章 動載入實驗與技術……397
9.1 理論和實驗的關係……397
9.2 實驗在爆炸與衝擊問題研究中的重要性……397
9.3 Hopkinson實驗技術……398
9.3.1 SHPB 實驗技術……398
9.3.2 衝擊拉伸Hopkinson實驗裝置(SHTB)……401
9.3.3 衝擊扭轉的Hopkinson實驗裝置……404
9.3.4 Hopkinson實驗技術研究現狀及存在問題……404
9.4 高壓下材料行為的實驗研究……407
9.4.1 平面波載入……407
9.4.2 氣體炮……408
9.5 雷射動驅動載入實驗測試技術……418
9.5.1 雷射干涉測速技術的發展……420
9.5.2 LDA,LDV及其與VISAR的區別……421
9.5.3 VISAR———可測量任意反射表面的速度干涉儀……422
9.6 實驗研究……427
9.6.1 混凝土、鋼筋混凝土材料衝擊試驗……427
9.6.2 陶瓷材料的衝擊實驗……433
9.6.3 鎢合金材料的衝擊實驗……434
9.6.4 泡沫鋁材料……439
參考文獻……440
