爆炸力學:關于力學效應的學科-中文百科頻道

簡介

爆炸力學是力學的一個分支，它主要研究爆炸的發生和發展規律，以及爆炸的力學效應的利用和防護的學科。它從力學角度研究化學爆炸、核爆炸、電爆炸、粒子束爆炸（也稱輻射爆炸）、高速碰撞等能量突然釋放或急劇轉化的過程，以及由此産生的強沖擊波（又稱激波）、高速流動、大變形和破壞、抛擲等效應。自然界的雷電、地震、火山爆發、隕石碰撞、星體爆發等現象也可用爆炸力學方法來研究。

爆炸力學是流體力學、固體力學和物理學、化學之間的一門交叉學科，在武器研制、交通運輸和水利建設、礦藏開發、機械加工、安全生産等方面有廣泛的應用。

形成

中國

中國在八世紀的中唐時期，已有火藥的原始配方。在十世紀的宋代初期，開始以火藥制作火箭火炮，用于軍事。17世紀明代的宋應星已經明确指出：火藥可按配方不同用于“直擊”（發射）或“爆擊”（爆炸），并且說明火藥爆炸時“虛空靜氣受沖擊而開”，科學地描述了爆炸在空氣中形成沖擊波的現象。

歐洲

大約14世紀，火藥傳入歐洲，首先在軍事上得到廣泛應用。17世紀匈牙利開始有火藥用于開礦的記載。19世紀中葉開始，歐美各國大力發展鐵路建設和采礦事業，大量使用黑火藥，工程師們總結出工程爆破藥量計算的許多經驗公式。1846年硝化甘油發明後，瑞典化學家諾貝爾制成幾種安全混合炸藥，并在1865年發明雷管引爆猛炸藥，實現了威力巨大的高速爆轟，從此開創了炸藥應用的新時代，并且促進了沖擊波（即激波）和爆轟波的理論研究。

英國工程師蘭金和法國炮兵軍官許貢紐研究了沖擊波的性質，後者又完整地解決了沖擊載荷下杆中彈性波傳播問題。查普曼和儒蓋各自獨立地創立了平穩自持爆轟理論，後者還寫出第一本爆炸力學著作《炸藥的力學》。

二戰以後

第二次世界大戰期間，爆炸的力學效應問題由于戰事的需要引起許多著名科學家的重視。泰勒研究了炸藥作用下彈殼的變形和飛散，并首先用不可壓縮流體模型，研究錐形罩空心藥柱形成的金屬射流及其對裝甲的侵徹作用。泰勒、卡門、拉赫馬圖林各自獨立創建了塑性波理論，發展了測定沖擊載荷下材料的力學性能的方法。

澤利多維奇和諾伊曼研究了爆轟波的内部結構，使爆轟理論得到巨大的進展。朗道和斯坦紐科維奇等研究了爆轟産物的狀态方程，并推進了非定常氣體動力學的發展。科克伍德等建立了水下爆炸波的傳播理論。

原子武器的研制大大促進了凝聚态炸藥爆轟、固體中的激波和高壓狀态方程以及強爆炸理論的研究。泰勒、諾伊曼和謝多夫各自建立了點源強爆炸的自模拟理論，以麥奎因為代表的美國科學家對固體材料在高壓下的物理力學性能作了系統的研究。經過這一時期的工作，爆炸力學作為一門具有自己特點的學科終于形成。

特點

高功率能量轉化

爆炸力學的一個基本特點是研究高功率密度的能量轉化過程，大量能量通過高速的波動來傳遞，曆時特短，強度特大。其次，爆炸力學中的研究，常需要考慮力學因素和化學物理因素的耦合、流體特性和固體特性的耦合、載荷和介質的耦合等，因此，多學科的滲透和結合成為爆炸力學發展的必要條件。

爆炸研究促進了流體和固體介質中沖擊波理論、流體彈塑性理論、粘塑性固體動力學的發展。爆炸在固體中産生的高應變率、大變形、高壓和熱效應等推動了凝聚态物質高壓狀态方程、非線性本構關系、動态斷裂理論和熱塑不穩定性理論的研究。爆炸的瞬變過程的研究則推動了各種快速采樣的實驗技術，其中包括高速攝影、脈沖x射線照相、瞬态波形記錄和數據處理技術的發展。爆炸力學還促進了二維、三維、具有各種分界面的非定常計算力學的發展。