第十三屆全國爆炸力學學術會議在西安召開
2021年7月16日***19日，第十三屆全國爆炸力學學術會議在陜西西安召開。大會吸引了百余家高校和研究院所、超過1500名專家學者參加。這是歷屆爆炸力學學術會議中參會人數(shù)多、影響范圍廣的一次會議。 本次會議由中國力學學會爆炸力學專 業(yè)委員會主辦，西北工業(yè)大學、陜西省沖擊動力學及工程應用重點實驗室、飛行器結構力學與強度技術重點學科實驗室、沖擊動力學及其工程應用國際聯(lián)合研究中心共同承辦。會議旨在交流爆炸力學領域新研究進展、促進爆炸力學學科發(fā)展、繁榮爆炸力學科技事業(yè)。 大會設有1個主會場、25個分會場，每個會場分兩個單元。共有506個口頭報告和234份墻報交流，內容涉及沖擊動力學、計算爆炸力學、爆轟與爆炸加工、工程結構抗爆與防護、爆炸沖擊實驗測試技術、工業(yè)爆炸與防控技術等多個研究領域，來自不同單位的研究者們相互交流新的研究進展，為爆炸力學領域的學者和學生們提供了一個良好的交流平臺。 開幕式由爆炸力學專 業(yè)委員會秘書長、華南理工大學姚小虎教授主持。西北工業(yè)大學副校長侯成義致歡迎辭并介紹了學校的相關教學科研情況。 中國力學學會副理事長鄭曉靜院士祝賀大會的順利召開，她表示，爆炸力學研究具有二重性，既解決工程問題，又具有科學研究的前沿意義，希望研究者們在完成工程任務的同時，也能夠回歸力學學科本質，聚焦學科理論發(fā)展。 中國力學學會爆炸力學專委會主任委員王成教授致辭，他強調爆炸力學學科是國防工業(yè)科技創(chuàng)新發(fā)展的核心學科，希望本次會議能為做好我國爆炸力學相關研究規(guī)劃提供切實支持。 中國工程院院士謝和平教授，中國科學院院士何滿潮教授，中國科學院院士、中國力學學會副理事長魏悅廣教授，中國力學學會副理事長戴蘭宏研究員，中國兵器科學研究院總工程師肖川研究員，爆炸力學專委會副主任委員李玉龍教授、周剛研究員、周風華教授、黃晨光研究員等出席大會。 本次大會共設9個大會邀請報告，分為兩個單元，分別于17日上午和18日下午舉行。謝和平院士，何滿潮院士，魏悅廣院士，肖川研究員,黃晨光研究員，中物院流體物理研究所譚福利研究員，北京理工大學陳鵬萬教授，北京應用物理與計算數(shù)學研究所張蕾副研究員，西北工業(yè)大學郭亞洲教授等多位全國爆炸與沖擊動力學領域的知名專家學者應邀做了精彩的大會報告。 謝和平院士以“工程擾動巖石動力學構想與初探”為題，針對當前重大巖石工程地應力條件異常復雜，未充分考慮動力擾動與動力響應的作用和影響等問題開展研究。提出“工程擾動巖石動力學”新構想，以系統(tǒng)研究重大工程在施工期和運營期不同工況工程擾動下的巖石動力學行為和規(guī)律，發(fā)展工程擾動的巖石動力學理論與技術體系，實現(xiàn)重大巖土工程全生命周期的動力學分析和災害防控。 何滿潮院士的報告題目是“單裂縫爆破機理及工程應用”。主要針對單裂面劈裂巖石的工程需求，介紹了自主研發(fā)的單裂縫爆破新技術，利用巖體的耐壓怕拉特性，實現(xiàn)了單裂面瞬時切縫。應用于地下采礦工程，有效降低了其影響范圍內的采場圍巖應力，減小工作面頂板荷載，大大增強了巷道的安全性。基于單裂面切縫技術的無煤柱自成巷110/N00工法實現(xiàn)了利用礦壓自動成巷。 魏悅廣院士以“先進熱障涂層體系的熱沖擊致災變破壞”為主題,介紹了其新研究成果。報告以近空間飛行器熱防護材料設計和高溫發(fā)動機葉片熱障涂層等相關基礎科學問題的研究為背景，總結了先進熱障涂層體系的熱沖擊致災變這一極端力學問題的研究進展。主要報告內容包括：極端力學環(huán)境的材料體系選取及性能表征，極端力學環(huán)境的熱-力等效分析方法，彈脆性體系的損傷災變與跨尺度力學表征，一種極其簡單的數(shù)學損傷災變定義及應用和基于內聚力等效材料體系的損傷災變表征等。魏院士還對該領域的研究方向進行了展望。 肖川、譚福利、黃晨光、陳鵬萬、張蕾、郭亞洲等爆炸力學領域學者分別作了題為“關于常規(guī)武器新質毀傷技術發(fā)展的重大基礎問題”“爆炸磁通量等熵加載實驗技術及其在氫金屬化實驗研究中的探索”“強激光誘導的微小尺度爆炸與沖擊行為研究”“PBX炸藥的力學行為與撞擊安全性”“含能材料穩(wěn)定機理與爆轟性能量子力學研究”“電磁Hopkinson桿的研制及應用”大會邀請報告。 本次大會還設立了展區(qū)，共50余家單位和《力學學報》《爆炸與沖擊》《高壓物理學報》《兵工學報》《現(xiàn)代應用物理》等多個期刊對其爆炸力學領域相關內容進行了展示。 本次會議得到北京理工大學爆炸科學與技術國家重點實驗室、中國科學院力學研究所非線性力學國家重點實驗室等5家國家重點實驗室，寧波大學沖擊與安全工程教育部重點實驗室等12家省部級和行業(yè)重點實驗室/研究中心，北京應用物理與計算數(shù)學研究所等4家研究院所，《力學學報》等9家期刊雜志社，中國力學學會青年工作委員會、中國力學學會實驗力學專委會極端力學測試與裝備專 業(yè)組，以及西北工業(yè)大學航空學院、民航學院、極端力學研究院共計36家協(xié)辦單位的大力支持。 作為爆炸力學領域的一次盛會，此次會議的宗旨是面向爆炸力學前沿，服務國家重大需求，為實現(xiàn)高水平科技自立自強而奮斗！會議的成功舉辦必將促進我國力學學科特別是爆炸力學學科的蓬勃發(fā)展，同時為我國的國防、航空航天、船舶等領域的發(fā)展產生重要的推動作用。
鄭哲敏先生“外出” 了 留下奮斗一生的爆炸力學
——來源：中國青年報客戶端 8月25日，我國爆炸力學的奠基人和開拓者、中國科學院和中國工程院院士、國家高科學技術獎獲得者鄭哲敏因病在北京逝世，享年97歲。 當天，中國科學院官方微博一條“鄭哲敏先生‘外出’了”的消息引發(fā)無數(shù)網(wǎng)友淚目，這是一位網(wǎng)友在鄭老辦公室門口所拍攝的照片，門口標注“外出”字樣。如今，他再也回不來了，留下奮斗并鐘愛一生的爆炸力學。 中科院力學研究所當天發(fā)訃告稱，該所原所長鄭哲敏院士提出了流體彈塑性模型，促進形成完備的爆炸力學學科體系，被廣泛應用于地下核爆炸、穿甲破甲及鉆地核爆彈等重要國防應用。他建立了爆炸力學的基本研究方法，為武器設計與武器效應評估提供了力學基礎。他開辟了爆炸成形、爆炸筑堤等關鍵技術領域，解決了重大工程建設的核心難題。 1924年10月，鄭哲敏院士出生于山東省濟南市，1943年***1947年在西南聯(lián)合大學電機工程系及機械工程系學習，獲工程學學士學位。 抗日戰(zhàn)爭勝利的第二年，鄭哲敏所在的工學院遷回北京清華園，在那里，他遇到了自己的恩師錢偉長教授，并選擇力學作為自己的終身研究方向。1948年8月，在錢偉長等人的聯(lián)名推薦之下，他踏上了赴美留學的旅程，也遇到了另一位影響他一生的老師——錢學森。 “他們教了我很多科研精神、研究方法和做人的原則，讓我終身受益?！编嵳苊粼诓稍L時說。 1955年，剛剛被美國政府解禁的鄭哲敏準備起程歸國，當時還被軟禁的錢學森叮囑他：“回國后，國家需要你干什么，你就干什么。不一定是尖端的，哪怕是測量管道水的流動也可以做。” 回國后，鄭哲敏根據(jù)不同時期的國家需求，一直在調整著自己的研究方向。他一生中重要的研究領域——爆炸力學，就是為了國家的需求而設立的。 他生前曾說，“雖然爆炸力學是一個全新領域，但國家需要，我當然義不容辭?！? 科研同行這樣評價他的貢獻：鄭哲敏院士找到了爆炸中能量釋放的科學規(guī)律，從而“馴服”了炸藥，并利用這種威力巨大的能量，解決了很多工程難題，在爆炸領域開創(chuàng)了廣泛的應用空間。 來自中科院力學所的資料顯示，鄭哲敏院士是我國力學學科建設與發(fā)展的組織者之一，作為國際理論與應用力學 聯(lián)盟的執(zhí)委，在中外享有崇高的聲譽和影響力。他參加了新中國12年科學技術發(fā)展遠景規(guī)劃的制訂。他在總體把握中國力學學科發(fā)展方向的同時，積極倡導、組織和參與彈性力學、材料力學、環(huán)境力學、海洋工程力學、災害力學、非線性力學等多個力學分支學科的建立和發(fā)展，為推動中國力學事業(yè)的發(fā)展做出了重要貢獻。 面對這些榮譽和稱贊，淡泊名利的鄭哲敏，往往一笑了之。 2013年1月，鄭哲敏獲得國家高科學技術獎，但就在國家高科技獎頒獎的前一天，他是還像往常一樣，一大早就拎著包來中科院力學所上班了。 他曾說：“我從過去走到現(xiàn)在，并沒有什么清晰的路線。但有一點是確定的，那就是富國強民的愿望?！? 鄭哲敏院士是中科院力學所第二任所長，他秉承錢學森先生“工程科學”思想辦所理念。同事們對老先生的評價是，他熱愛祖國、獻身科研，嚴謹治學、淡泊名利，甘為人梯、提攜后學。 中科院力學所研究員戴蘭宏說，上世紀90年代自己剛到力學所讀研究生，有一次鄭老與青年學生座談時就說，有些研究人員，經(jīng)常一來就把辦公室的門關上，這樣不好，他本人就經(jīng)常把辦公室的大門打開，便于交流。 如今，鄭哲敏辦公室的大門關上了，而這扇門的主人再也回不來了。有網(wǎng)友說，鄭先生只是“外出”，他給中國人留下的爆炸力學還在。
我國力學工作者的部分重大研究成果簡介
我國關于近代應用力學的研究大約始于四五十年代，其中力學事業(yè)的奠基人公認為有四個：錢學森、周培源、錢偉長和郭永懷。其中錢學森被認為是中國的“航天之父”、“火箭之父”；周培源以研究廣義相對論而出名；錢偉長被打成右派，只是到晚年才擔任政協(xié)副主席而名聲日隆；郭永懷實際上是二機部第二研究院(研究原子彈的)副院長，在1968年執(zhí)行公務時飛機失事而犧牲(其動人事跡已被拍成電影)。這四個人都是加州理工學院的校友，都繼承了哥廷根學派應用力學的傳統(tǒng)。實際上，加州理工學院是一所規(guī)模很小的學校，一直提倡精英教育。她的中國校友還有很多，例如鄭哲敏、莊逢甘、談家楨、趙忠堯、胡寧、孟昭英、唐有祺、白春禮等。 公眾對于這些人的學術了解都很膚淺，殊不知他們都是應用力學的大師，而他們所取得的那些成績只不過是其所學力學知識的外在表現(xiàn)而已。他們已經(jīng)掌握了力學的精髓，不把力學作為一門具體的學科，而是作為方法 論，故而他們能有更多的發(fā)明創(chuàng)新。力學的邏輯嚴密性，以及能夠從工程實際和實驗現(xiàn)象里面提煉模型的能力，對創(chuàng)建交叉學科具有非常重要的意義。例如錢學森提出的工程控制論、物理力學、系統(tǒng)工程，錢偉長研究的燃料電池、中文信息處理，郭永懷提出的化學流體力學等，都是基于力學方法 論的新概念和新學科。有鑒于此，本文僅選取了我國力學家的幾項重要學術成績以評述，而這也僅僅是力學工作者所取得成果的一部分。 “中國三錢”中的兩錢，錢學森和錢偉長都是搞力學研究的。錢學森回國之后擔任了火箭與航天領域的領導，是一位科學帥才。他能夠領導這么大的系統(tǒng)工程，其基礎就是應用力學。 錢學森在力學上的主要貢獻有： 采用非線性理論研究了飛機金屬薄殼結構非線性屈曲； 研究火箭發(fā)動機的熱力學問題，提出并實現(xiàn)了火箭助推起飛裝置(JATO)，提出了火箭旅客飛機、核火箭、行星際飛行、天地往返運輸系統(tǒng)等概念； 創(chuàng)建了《工程控制論》，把設計穩(wěn)定與制導系統(tǒng)這類工程技術實踐作為主要研究對象； 提出物理力學概念，主張從物質的微觀規(guī)律確定其宏觀力學特性，改變過去只靠實驗測定力學性質的方法； 卡門-錢近似公式，即飛機速度接近聲速時，空氣的可壓縮性對機翼和機身的升力有多大影響。 錢偉長的力學貢獻主要有： 彈性薄板的內稟理論一文中，提出的扁殼的非線性方程組被稱為錢偉長方程； 廣義變分原理的拉格朗日乘子算法，該工作1964年投稿被拒，結果被日本鷲津久一郎搶先發(fā)表； 運用攝動法求解薄板的大撓度方程，被稱為錢偉長方法； 流體力學的變分原理； 圓柱體的扭轉，是彈性力學方面的經(jīng)典成果；(6)圓環(huán)殼的一般解;(7)研究穿甲力學，目的是為了研究當時珍寶島打仗時候坦克的穿甲問題。 胡海昌，是錢偉長早年的研究生和助手，主要貢獻在于廣義變分原理。這個原理已經(jīng)是彈性力學教材必講的一章，被稱為“胡海昌-鷲津久一郎變分原理”。以中國人名命名的定理，目前尚不多見。 周培源，湍流計算模式的奠基人，曾追隨愛因斯坦和海森堡學習相對論。他奠定了湍流模式理論的基礎，在國際上形成了一個流派，對推動流體力學研究產生了巨大影響?！霸谕牧黝I域，他被認為是計算機模式之父”、“在這一代人中，在流體力學中***少有來自四個不同國家的四位巨人，他們以自己的方法在國內和國外造成很大的影響，既是由于他們對流體力學的貢獻，也由于他們提供的智力和領導，在每一個國家，那些非凡的后繼者在流體力學中的出色的工作者都可以追蹤為這些巨人的學術繼承人。我所說的四位巨人是：美國的馮卡門，前蘇聯(lián)的柯爾莫哥洛夫，英國的泰勒，和中國的周培源?！?湍流專家Lumley語)。 郭永懷，發(fā)現(xiàn)了上臨界馬赫數(shù)，發(fā)展了奇異攝動理論中的變形坐標法，即國際上公認的PLK(Poincare-Lighthill-Kuo)方法。他倡導了我國的高超聲速流、電磁流體力學、爆炸力學的研究。 錢令希，專長于結構力學和計算力學。1950年，發(fā)表論文《余能理論》，開創(chuàng)了我國力學工作者對變分原理的研究。70年代，提倡結構優(yōu)化理論和計算力學，已被廣泛地運用到土木建筑、橋梁、造船、航天、機械制造等多個領域。60年代初，研究核潛艇研究殼體的強度、開孔和穩(wěn)定問題。70年代，牽頭承擔了我國現(xiàn)代化的原油輸出港——大連新港主體工程的設計任務，提出了“百米跨度空腹桁架全焊接鋼棧橋”的方案。 張維是雙院士，提倡力學與工程實際相結合。他求得了薄壁圓環(huán)殼的漸進解，求得了比較完整的承受任意荷載環(huán)殼、彎管的精確解，同時進行圓環(huán)殼幾何非線性、屈曲及后屈曲特性的研究，并注重對環(huán)殼在彈性元件、轉子設計以及波紋管膨脹節(jié)的應用，提倡在我國推廣輕型薄殼結構和普及殼體理論。 鄭哲敏，雙院士，應用力學專家。在爆炸力學方面，提出了流體彈塑性模型，先后解決了穿甲和破甲相似律、破甲機理、穿甲簡化理論和射流穩(wěn)定性等一系列問題。對煤和瓦斯突出進行了力學分析。對金屬斷裂機制和絕熱剪切帶的形成和演化都提出了新的模型和理論。 黃克智，與其研究生高玉臣一起提出了“高黃解”，解決了冪硬化材料的裂紋擴展問題，進行過壓力容器和管板換熱器的力學分析，塑性力學和微納米力學的研究。 俞茂宏，提出了雙剪切理論和統(tǒng)一強度理論，已被廣泛應用于工程力學、材料力學、塑性力學、土力學、巖石力學、金屬力學、巖土塑性力學以及土木工程、水利工程、巖土工程、機械、軍工等工程問題的研究。 鐘萬勰，提出了彈性力學求解的新對偶體系、精細積分法、參變量變分原理、結構力學與優(yōu)控制的模擬關系、極限分析等。 白以龍，建立了熱塑剪切模型方程及變形局部化演化的一系列新結論，被國際一些實驗室證實和文獻引用，稱為“白模型”，“白判據(jù)”。在材料的跨尺度破壞等力學問題方面有所建樹。 王仁，塑性力學的滑移線理論，沖擊載荷下結構的塑性動力響應和動態(tài)屈曲問題，計算了丟球構造應力場，對地震應力場進行模擬和地震危險區(qū)進行預測，將斷裂力學應用于巖石破壞機理。
超高溫系統(tǒng)與中國高超音速飛行器
日前，中國航天科技集團公司五院總環(huán)部在空間環(huán)境模擬容器內真空冷黑環(huán)境下，利用自研超高溫模擬系統(tǒng)成功將試驗件加熱***1850℃，實現(xiàn)了航天器真空熱試驗超高溫模擬技術方面的重大突破。這一試驗技術的突破，將開拓高超音速飛行器地面高溫高熱流模擬試驗的技術途徑，為高超音速飛行器的研制試驗提供技術支持。特別是隨著我國在深空探測、高超聲速飛行器等領域的快速發(fā)展，對飛行器及其部件需要結合太空環(huán)境或高空低氣壓環(huán)境進行的超高溫地面考核試驗有著明確的需求。 當然在超音速飛行器領域，除了超高溫模擬系統(tǒng)，另一更為“底層”基礎的地面模擬系統(tǒng)就是風洞。在這方面，通過2012年6月《科技日報》的一篇報道我們可以管窺一斑。該報在報道我國錢學森工程科學實驗基地時稱，我國在北京市懷柔區(qū)建設了復現(xiàn)2540千米高空的高超音速飛行條件的大型風洞。世界同類型中的大風洞，可以模擬5馬赫***9馬赫之間的飛行條件，溫度可達3 000℃左右。高超音速發(fā)動機需要的實驗時間***少需要60-70毫秒，該風洞已經(jīng)能做到100毫秒，而國外的相關風洞大約只有30毫秒。該風洞噴管直徑和實驗艙直徑都明顯優(yōu)于國外同類風洞。此外，該實驗基地還建有高超實驗室、超燃實驗室、燃燒實驗室、等離子實驗室等。這些與高超音速飛行器領域配套的基礎設施的建設，表明著我國早已緊盯高精尖技術前沿，致力于高超音速飛行器的研究。那么，近年來在此領域以WU-14、“神龍”為代表的高超音速的試射實屬自然。 熱防護技術及材料選是高超音速飛行的基礎 當飛行器以高超音速在大氣中飛行時，氣動加熱嚴重。當飛行速度達到8馬赫時，飛行器的頭錐部位溫度可達1800℃，其它部位的溫度也將在600℃以上。因此設計合適的熱載荷管理系統(tǒng)成為必須。此前的太空“穿梭”航天器，航天飛機的熱效應主要是集中在升空和再入階段，時間相對有限，在熱防護上是以隔離為主，機體材料可選余地較大。但高超音速飛行器在大氣層內長時間飛行，摩擦熱集中在機體的前端和翼面前緣，氣動加熱持續(xù)時間遠比航天器要長，若沒有有效的溫度控制手段將無法保證結構安全，也無法保證機體內部設備的工作環(huán)境。對于熱防護首先就是材料的選擇，選用長壽命、耐高溫、抗腐蝕、高強度、低密度的輕質材料。目前研制的和可能采用的新材料主要有輕金屬材料、金屬基復合材料、聚合物基復合材料、陶瓷基復合材料、碳-碳復合材料等。 只不過高超音速飛行器，與空氣的摩擦熱量實在是太大，對飛行器的材料與結構的選擇實在是巨大難題。機體材料很可能因溫度的飆升發(fā)生著膨脹形變，加之機體內不同材料的膨脹系數(shù)不同，形變程度又有著差別。這細微的形變隨之可能引發(fā)高速飛行的飛行器的氣動控制的改變、機體的振動乃***解體。目前在美國多數(shù)高超音速飛行器的頭部多采用鎢基材料，但這種較高價值的金屬材料，隨之引發(fā)的就是成本的居高不下，對于未來的武器化、大范圍的裝備又會是不小的障礙。對于層出不窮的復合材料，在新材料的設計與加工都還有這加工難度的問題，就像在美國“獵鷹”的試驗計劃中多次推遲的原因就有碳基殼體材料出現(xiàn)了剝離問題，研制人員不得不改進工藝來使材料更易制造和性能穩(wěn)定。 在基礎材料之外，高超音速飛行器還必須在飛行器的總體設計和結構設計中考慮熱防護因素，采用主動降溫技術措施。比如，在X-51A上，不僅有著結構熱防護措施，又將燃料作為結構散熱的載體，在熱交換器內流動后帶走發(fā)動機的熱量承擔發(fā)動機散熱的作用。在高溫段吸熱后的燃料裂解成低分子產物，循環(huán)到超燃沖壓發(fā)動機動力系統(tǒng)后更適合工作要求。消耗，利用燃料循環(huán)系統(tǒng)作為外殼持續(xù)降溫的手段。正是隔熱層、耐熱結構材料，降低熱流，減少熱應力、熱傳送和熱冷卻等多項措施的全面綜合采用，才有熱防護問題的解決可能，才有飛行器向高超音速的沖刺。
關于一維平面彈性應力波的傳播桿件條件
1、在霍普金森試驗應用中，入射桿和透射桿必須保持彈性形變過程，且高度同軸線（有效接觸面積95%以上），以使表面應變與桿內應力線性相關及可將彈性應力波理論準確獲得應變測量數(shù)據(jù)，用霍普金森專用模型分析處理。 2、因為撞擊桿速度的上限由桿件的屈服強度直接決定，優(yōu)選高強度（高屈服強度）材料作為桿材料，并進行滲氮（必要時碳氮共滲）等熱處理獲得滿足霍普金森試驗要求的苛刻力學性能桿件。 3、霍普金森是一種表征在高應變率下（100-1000Hz）變形的材料心力學設備，桿件是在試驗過程中收到反復沖擊，高屈服強度和熱處理硬度特性在確保獲得準確的彈性盈應力波的同時，大大提高桿件的使用壽命，降低試驗成本。
關于脆性材料應力集中情形及應對措施
1、脆性材料是霍普金森測試研究主要對象之一，如陶瓷、玻璃、巖石、混凝土和一些復合材料等都是脆性材料。脆性材料不會產生局部屈服，這使得其一手應力集中的影響。 2、試件加載面的平面度和平，我公司多年研制的專用制樣系統(tǒng)，可以很好滿足加工要求。 3、桿洗的同軸度低，導致端面不平行，因此即使試件的加工精度好也會在試件邊緣產生應力集中。我公司行度精度不高會造成局部屈服，因此脆性材料試件加工公差要求非?？量?，達到4級以上研制的多 維度定位調節(jié)機構可以快速準確的調整超長桿件間的通軸度。 4、直徑小但更硬的脆性材料試件在入射桿加載時，如碳化物或氮化鋁試件等。
一維彈性應力波的產生機理問題探究
1、當材料受到瞬間作用的沖擊載荷時，其變形和應力不會立即傳播到物體的全部，因為在一定時間內遠端還沒有受到擾動。物體內的變形和應力是以一次貨多次的應力擾動形式通過材料傳播的。從沖擊作用處產生的材料內傳播的速度是有限的，它和材料的特性有關。 2、在波的傳播中，必須考慮兩種速度：一種是擾動的傳播速度，一種是指質點的移動速度。