《淺水中爆炸及其破壞效應(yīng)》系統(tǒng)地論述了淺水中爆炸及其破壞效應(yīng)的相關(guān)內(nèi)容，主要包括：水下爆炸研究的發(fā)展概況、淺水中爆炸沖擊波理論、水下爆炸沖擊波的邊界效應(yīng)、空化的形成、水下爆炸參數(shù)量測(cè)技術(shù)、水下爆炸數(shù)值模擬研究、淺水中爆炸破壞效應(yīng)等多方面內(nèi)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(duì)于過去水下爆炸方面的出版物而言，《淺水中爆炸及其破壞效應(yīng)》的針對(duì)性更強(qiáng)，它著力闡述了淺水中爆炸作用研究的新方法、新認(rèn)識(shí)、新進(jìn)展和新方向。書中還特別對(duì)淺水中爆炸毀傷混凝土試件進(jìn)行了理論，數(shù)值計(jì)算和試驗(yàn)研究，尤其是試驗(yàn)結(jié)果具有很強(qiáng)的參考價(jià)值。在強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)理論和系統(tǒng)性的同時(shí)，著重反映了該領(lǐng)域的最新熱點(diǎn)研究成果。
《淺水中爆炸及其破壞效應(yīng)》可供有關(guān)工程技術(shù)人員閱讀，尤其適合于爆炸理論，武器彈藥設(shè)計(jì)等領(lǐng)域的研究人員，也可以作為高等院校相關(guān)專業(yè)高年級(jí)學(xué)生及研究生的教材。
水下爆炸研究最早可以追溯到19世紀(jì)60年代。海戰(zhàn)需要始終是這項(xiàng)研究最主要的驅(qū)動(dòng)力。第二次世界大戰(zhàn)中大規(guī)模的海戰(zhàn)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(lián)）專門設(shè)立了水下爆炸研究機(jī)構(gòu)，廣泛研究水下爆炸現(xiàn)象、理論和應(yīng)用技術(shù)。經(jīng)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(fā)展。新中國成立后，國內(nèi)也開展了該領(lǐng)域的廣泛研究，特別是長(zhǎng)江科學(xué)院、中科院力學(xué)所、航總702所等單位做了大量的探索性研究。
早在20世紀(jì)60年代，P.Cole（1948）就對(duì)水下爆炸現(xiàn)象進(jìn)行了分析歸納，系統(tǒng)總結(jié)和研究了水下沖擊波形成及傳播理論、沖擊波測(cè)量、界面效應(yīng)等，形成了一套較為完整的水下爆炸理論。S.Temkin（1988）評(píng)述了小藥量水下爆炸產(chǎn)生的壓力脈沖的傳播規(guī)律，肯定了非線性聲學(xué)方法的實(shí)用性，同時(shí)指出在很大程度上甚至可以忽略非線性效應(yīng)。B.Mehaute和S.Wang（1994）匯集了有關(guān)爆炸形成水下波系形成和傳播的理論基礎(chǔ)及實(shí)驗(yàn)結(jié)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(gè)難點(diǎn)和熱點(diǎn)。近年來，在開展淺水中爆炸的相關(guān)試驗(yàn)過程中，遇到了爆炸沖擊波以及聚能裝藥對(duì)淺水中障礙物的毀傷作用問題。此后，又花費(fèi)了大量的時(shí)間和精力去收集研讀相關(guān)的文獻(xiàn)資料，期望能從中找到解釋試驗(yàn)現(xiàn)象的機(jī)制和理論分析方法。目前國內(nèi)仍未建立這方面較為系統(tǒng)的理論，難以滿足認(rèn)識(shí)相關(guān)問題的需要。在這種情況下，我們開始了較為深入和系統(tǒng)的研究工作。
第1章 緒論
1.1 水下爆炸問題研究的意義
1.2 水下爆炸問題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.2.1 水下爆破技術(shù)的發(fā)展概述
1.2.2 水下爆破理論研究現(xiàn)狀
1.3 水下爆炸問題研究的發(fā)展趨勢(shì)
1.4 水下爆炸問題研究的基本方法
1.4.1 水下爆炸的數(shù)值模擬
1.4.2 水下爆炸的測(cè)試技術(shù)
1.4.3 水下爆炸試驗(yàn)與實(shí)踐
1.5 目前存在的問題與難點(diǎn)
1.5.1 淺層水中爆炸的界面效應(yīng)
1.5.2 水下爆炸的毀傷效應(yīng)
1.5.3 作用目標(biāo)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)問題
參考文獻(xiàn)
第2章 水下爆炸現(xiàn)象
2.1 水下爆炸的基本現(xiàn)象
2.1.1 水下沖擊波的形成及其特點(diǎn)
2.1.2 水面上的現(xiàn)象
2.2 水下爆炸的氣泡現(xiàn)象及運(yùn)動(dòng)
2.3 水下沖擊波的初始參數(shù)
2.4 水下爆炸的邊界效應(yīng)
2.4.1 沖擊波自由水面規(guī)則反射與無規(guī)則反射
2.4.2 自由水面對(duì)沖擊波影響的線性理論
2.4.3 水底對(duì)沖擊波影響的線性理論
2.4.4 淺層水中爆炸的界面影響
參考文獻(xiàn)
第3章 淺水中爆炸沖擊波理論
3.1 淺水爆炸
3.1.1 淺水爆炸參數(shù)
3.1.2 初始條件的評(píng)估
3.1.3 空化形成
3.1.4 臨界深度的上限與下限
3.2 沖擊波水面反射原理
3.2.1 沖擊波在自由水面線性反射
3.2.2 水下沖擊波在自由水面的非線性反射
3.3 淺水中爆炸流體動(dòng)力學(xué)方法
3.3.1 淺水爆炸相似性分析
3.3.2 可壓縮動(dòng)力學(xué)階段
3.3.3 不可壓縮流體動(dòng)力學(xué)階段
3.3.4 勢(shì)流法
3.3.5 流行的理論方法
3.3.6 線性波場(chǎng)的研究工作簡(jiǎn)介
3.3.7 透過線性波理論看水中爆炸波的主要物理特點(diǎn)
參考文獻(xiàn)
第4章 水下爆炸氣泡運(yùn)動(dòng)
4.1 運(yùn)動(dòng)的一般性質(zhì)
4.2 不可壓縮和無重流體的徑向運(yùn)動(dòng)
4.3 氣泡在重力作用下的運(yùn)動(dòng)
4.3.1 能量和動(dòng)量方程式
4.3.2 泰勒方程式的無因次形式
4.3.3 不考慮內(nèi)能影響所得的結(jié)果
4.4 可壓縮性和非圓球性對(duì)氣泡運(yùn)動(dòng)的影響
4.4.1 可壓縮性的影響
4.4.2 重力的影響
4.4.3 氣泡形狀的變化
4.5 邊界面的影響、映像法
4.5.1 流體動(dòng)力源
4.5.2 用于剛性邊界的映像法
4.5.3 在自由表面和剛性底情況下的近似解
4.6 邊界面附近氣泡運(yùn)動(dòng)的計(jì)算
4.6.1 振動(dòng)周期
4.6.2 最大半徑
4.6.3 在重力作用下氣泡的位移
4.6.4 表面附近氣泡位移的近似公式
參考文獻(xiàn)
第5章 水下爆炸參數(shù)量測(cè)
5.1 水下爆炸沖擊波
5.1.1 概述
5.1.2 水下爆炸沖擊波特征參數(shù)的估算
5.2 爆炸沖擊波壓力量測(cè)系統(tǒng)
5.2.1 壓電式壓力傳感器
5.2.2 測(cè)量電路的選擇(放大器)
5.2.3 記錄分析儀
5.3 水下爆炸沖擊波測(cè)試
5.3.1 水下爆炸沖擊波測(cè)試系統(tǒng)
5.3.2 水下爆炸沖擊波測(cè)試技術(shù)問題
5.4 傳輸線與信號(hào)不失真?zhèn)鬏?br>5.4.1 均勻傳輸線簡(jiǎn)單理論
5.4.2 常用傳輸線的特征阻抗
5.4.3 傳輸線的幾種匹配方法
5.5 壓力傳感器及系統(tǒng)的標(biāo)定
5.5.1 標(biāo)定激波管
5.5.2 正弦壓力發(fā)生器
參考文獻(xiàn)
第6章 水下爆炸數(shù)值模擬
6.1 數(shù)值軟件及數(shù)值模型
6.1.1 LS-DYNA軟件簡(jiǎn)介
6.1.2 LS-DYNA軟件的基本算法
6.1.3 材料本構(gòu)模型及狀態(tài)方程
6.1.4 數(shù)值模型的假設(shè)和建立
6.2 水下沖擊波繞射效應(yīng)數(shù)值模擬
6.2.1 平面沖擊波繞射效應(yīng)的數(shù)值分析
6.2.2 柱面沖擊波繞射效應(yīng)的數(shù)值分析
6.2.3 球面沖擊波繞射效應(yīng)的數(shù)值分析
6.2.4 沖擊波反射及繞射效應(yīng)的幾個(gè)特征
6.3 淺水中沖擊波繞射效應(yīng)數(shù)值模擬
6.3.1 混凝土試件面壓力特性
6.3.2 水下沖擊波與混凝土試件作用的反射和繞射效應(yīng)
6.3.3 炸高對(duì)繞射效應(yīng)的影響
參考文獻(xiàn)
第7章 淺水中裝藥對(duì)混凝土材料的爆炸毀傷效應(yīng)分析
7.1 混凝土材料的力學(xué)性能
7.1.1 混凝土簡(jiǎn)介
7.1.2 混凝土的原材料
7.1.3 混凝土的制備
7.1.4 混凝土的性能
7.1.5 普通混凝土的結(jié)構(gòu)
7.2 水下爆炸載荷作用下混凝土材料動(dòng)態(tài)響應(yīng)
7.2.1 混凝土脆性損傷本構(gòu)
7.2.2 混凝土的損傷機(jī)理
7.3 混凝土非線性動(dòng)力損傷模型
7.3.1 混凝土材料的非線性動(dòng)力損傷特性
7.3.2 非線性動(dòng)力損傷模型的基本結(jié)構(gòu)
7.4 集團(tuán)裝藥水下爆炸破壞混凝土試件的數(shù)值分析
7.5 聚能裝藥淺水中毀傷效應(yīng)的數(shù)值分析
7.5.1 水介質(zhì)中聚能戰(zhàn)斗部侵徹效應(yīng)的數(shù)值模擬
7.5.2 射彈對(duì)混凝土試件侵徹的數(shù)值模擬
參考文獻(xiàn)
第8章 裝藥淺水中爆炸毀傷混凝土試件試驗(yàn)研究
8.1 引言
8.2 淺水中爆炸毀傷試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)
8.2.1 集團(tuán)裝藥淺水中爆炸毀傷混凝土試件
8.2.2 聚能裝藥淺水中爆炸毀傷混凝土試件
8.3 試驗(yàn)狀態(tài)與結(jié)果
8.3.1 集團(tuán)裝藥爆炸毀傷試驗(yàn)結(jié)果
8.3.2 聚能裝藥爆炸毀傷試驗(yàn)結(jié)果
8.4 試驗(yàn)結(jié)果分析
8.4.1 試驗(yàn)結(jié)果的理論分析
8.4.2 試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果的對(duì)比分析
8.4.3 結(jié)論
參考文獻(xiàn)
工作等，積累了大量的資料數(shù)據(jù)，豐富了水下爆炸的理論并提高了工程實(shí)踐水平，為水下爆炸沖擊波量測(cè)技術(shù)從傳感器的選用、標(biāo)定和系統(tǒng)的配置等方面積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。
水下爆炸作用機(jī)理是長(zhǎng)期以來一直在進(jìn)行研究與探索的問題之一，與一般的陸上爆炸相比，水下爆炸具有一定的特殊性。此外，水下爆炸對(duì)設(shè)備設(shè)施、爆炸材料、爆破技術(shù)要求比較高，在安全方面也有很嚴(yán)格的要求。尤其是水下爆炸理論的實(shí)際水平與水下爆炸技術(shù)的發(fā)展和需求之間具有相當(dāng)大的差距離。由于水介質(zhì)的特殊性以及其他影響水下爆炸產(chǎn)生的水下爆炸沖擊波參數(shù)的外界因素（如水深、水底介質(zhì)、水底地形等）錯(cuò)綜復(fù)雜，使得目前的研究手段仍然是以試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，然后對(duì)物理現(xiàn)象進(jìn)行描述，通過分析所獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)而擬合特定條件下的經(jīng)驗(yàn)公式，沒有經(jīng)過理論推敲，沒有得到世人所公認(rèn)的較為合適的計(jì)算模型和公式。目前這種狀況下，人們進(jìn)行水下爆炸、水下爆破時(shí)，仍然還是以經(jīng)驗(yàn)為主，進(jìn)行數(shù)值模擬或者小型試驗(yàn)，在分析對(duì)比之后再結(jié)合具體情況進(jìn)行大規(guī)模爆破作業(yè)。
水下工程爆破是水下爆炸作用在工程上的應(yīng)用，作為一種重要的施工手段，已經(jīng)在航道和水利建設(shè)工程中得到廣泛使用。隨著水下施工技術(shù)的飛速發(fā)展，水下爆破技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，既涉及到各種條件下的水下爆炸效應(yīng)，又包括水底土巖地基和水工構(gòu)筑物等各類水下工程爆破，在國防事業(yè)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)中都顯示出巨大的作用，并逐漸成為一種高速、有效、經(jīng)濟(jì)的作業(yè)手段。就國防事業(yè)而言，水下爆炸理論對(duì)于研制和優(yōu)化水下兵器具有舉足輕重的作用。對(duì)于經(jīng)濟(jì)建設(shè)工程，水下爆破技術(shù)也在其中許多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。例如，利用水下爆炸釋放的巨大能量進(jìn)行水下切割、焊接機(jī)械零件；新建港口、橋梁、水中建筑物等的水下巖石基礎(chǔ)爆破開挖；采用水壓爆破方式拆除建筑物；利用水下爆炸產(chǎn)生的地震波進(jìn)行物理勘探等。為了有效地達(dá)到預(yù)期的目的，必須加強(qiáng)對(duì)水下爆炸作用和水下爆破原理的全面理解。
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