第十三届全国爆炸力学学术会议在西安召开
2021年7月16日***19日，第十三届全国爆炸力学学术会议在陕西西安召开。大会吸引了百余家高校和研究院所、超过1500名专家学者参加。这是历届爆炸力学学术会议中参会人数多、影响范围广的一次会议。 本次会议由中国力学学会爆炸力学专 业委员会主办，西北工业大学、陕西省冲击动力学及工程应用重点实验室、飞行器结构力学与强度技术重点学科实验室、冲击动力学及其工程应用国际联合研究中心共同承办。会议旨在交流爆炸力学领域新研究进展、促进爆炸力学学科发展、繁荣爆炸力学科技事业。 大会设有1个主会场、25个分会场，每个会场分两个单元。共有506个口头报告和234份墙报交流，内容涉及冲击动力学、计算爆炸力学、爆轰与爆炸加工、工程结构抗爆与防护、爆炸冲击实验测试技术、工业爆炸与防控技术等多个研究领域，来自不同单位的研究者们相互交流新的研究进展，为爆炸力学领域的学者和学生们提供了一个良好的交流平台。 开幕式由爆炸力学专 业委员会秘书长、华南理工大学姚小虎教授主持。西北工业大学副校长侯成义致欢迎辞并介绍了学校的相关教学科研情况。 中国力学学会副理事长郑晓静院士祝贺大会的顺利召开，她表示，爆炸力学研究具有二重性，既解决工程问题，又具有科学研究的前沿意义，希望研究者们在完成工程任务的同时，也能够回归力学学科本质，聚焦学科理论发展。 中国力学学会爆炸力学专委会主任委员王成教授致辞，他强调爆炸力学学科是国防工业科技创新发展的核心学科，希望本次会议能为做好我国爆炸力学相关研究规划提供切实支持。 中国工程院院士谢和平教授，中国科学院院士何满潮教授，中国科学院院士、中国力学学会副理事长魏悦广教授，中国力学学会副理事长戴兰宏研究员，中国兵器科学研究院总工程师肖川研究员，爆炸力学专委会副主任委员李玉龙教授、周刚研究员、周风华教授、黄晨光研究员等出席大会。 本次大会共设9个大会邀请报告，分为两个单元，分别于17日上午和18日下午举行。谢和平院士，何满潮院士，魏悦广院士，肖川研究员,黄晨光研究员，中物院流体物理研究所谭福利研究员，北京理工大学陈鹏万教授，北京应用物理与计算数学研究所张蕾副研究员，西北工业大学郭亚洲教授等多位全国爆炸与冲击动力学领域的知名专家学者应邀做了精彩的大会报告。 谢和平院士以“工程扰动岩石动力学构想与初探”为题，针对当前重大岩石工程地应力条件异常复杂，未充分考虑动力扰动与动力响应的作用和影响等问题开展研究。提出“工程扰动岩石动力学”新构想，以系统研究重大工程在施工期和运营期不同工况工程扰动下的岩石动力学行为和规律，发展工程扰动的岩石动力学理论与技术体系，实现重大岩土工程全生命周期的动力学分析和灾害防控。 何满潮院士的报告题目是“单裂缝爆破机理及工程应用”。主要针对单裂面劈裂岩石的工程需求，介绍了自主研发的单裂缝爆破新技术，利用岩体的耐压怕拉特性，实现了单裂面瞬时切缝。应用于地下采矿工程，有效降低了其影响范围内的采场围岩应力，减小工作面顶板荷载，大大增强了巷道的安全性。基于单裂面切缝技术的无煤柱自成巷110/N00工法实现了利用矿压自动成巷。 魏悦广院士以“先进热障涂层体系的热冲击致灾变破坏”为主题,介绍了其新研究成果。报告以近空间飞行器热防护材料设计和高温发动机叶片热障涂层等相关基础科学问题的研究为背景，总结了先进热障涂层体系的热冲击致灾变这一极端力学问题的研究进展。主要报告内容包括：极端力学环境的材料体系选取及性能表征，极端力学环境的热-力等效分析方法，弹脆性体系的损伤灾变与跨尺度力学表征，一种极其简单的数学损伤灾变定义及应用和基于内聚力等效材料体系的损伤灾变表征等。魏院士还对该领域的研究方向进行了展望。 肖川、谭福利、黄晨光、陈鹏万、张蕾、郭亚洲等爆炸力学领域学者分别作了题为“关于常规武器新质毁伤技术发展的重大基础问题”“爆炸磁通量等熵加载实验技术及其在氢金属化实验研究中的探索”“强激光诱导的微小尺度爆炸与冲击行为研究”“PBX炸药的力学行为与撞击安全性”“含能材料稳定机理与爆轰性能量子力学研究”“电磁Hopkinson杆的研制及应用”大会邀请报告。 本次大会还设立了展区，共50余家单位和《力学学报》《爆炸与冲击》《高压物理学报》《兵工学报》《现代应用物理》等多个期刊对其爆炸力学领域相关内容进行了展示。 本次会议得到北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室、中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室等5家国家重点实验室，宁波大学冲击与安全工程教育部重点实验室等12家省部级和行业重点实验室/研究中心，北京应用物理与计算数学研究所等4家研究院所，《力学学报》等9家期刊杂志社，中国力学学会青年工作委员会、中国力学学会实验力学专委会极端力学测试与装备专 业组，以及西北工业大学航空学院、民航学院、极端力学研究院共计36家协办单位的大力支持。 作为爆炸力学领域的一次盛会，此次会议的宗旨是面向爆炸力学前沿，服务国家重大需求，为实现高水平科技自立自强而奋斗！会议的成功举办必将促进我国力学学科特别是爆炸力学学科的蓬勃发展，同时为我国的国防、航空航天、船舶等领域的发展产生重要的推动作用。
郑哲敏先生“外出” 了 留下奋斗一生的爆炸力学
——来源：中国青年报客户端 8月25日，我国爆炸力学的奠基人和开拓者、中国科学院和中国工程院院士、国家高科学技术奖获得者郑哲敏因病在北京逝世，享年97岁。 当天，中国科学院官方微博一条“郑哲敏先生‘外出’了”的消息引发无数网友泪目，这是一位网友在郑老办公室门口所拍摄的照片，门口标注“外出”字样。如今，他再也回不来了，留下奋斗并钟爱一生的爆炸力学。 中科院力学研究所当天发讣告称，该所原所长郑哲敏院士提出了流体弹塑性模型，促进形成完备的爆炸力学学科体系，被广泛应用于地下核爆炸、穿甲破甲及钻地核爆弹等重要国防应用。他建立了爆炸力学的基本研究方法，为武器设计与武器效应评估提供了力学基础。他开辟了爆炸成形、爆炸筑堤等关键技术领域，解决了重大工程建设的核心难题。 1924年10月，郑哲敏院士出生于山东省济南市，1943年***1947年在西南联合大学电机工程系及机械工程系学习，获工程学学士学位。 抗日战争胜利的第二年，郑哲敏所在的工学院迁回北京清华园，在那里，他遇到了自己的恩师钱伟长教授，并选择力学作为自己的终身研究方向。1948年8月，在钱伟长等人的联名推荐之下，他踏上了赴美留学的旅程，也遇到了另一位影响他一生的老师——钱学森。 “他们教了我很多科研精神、研究方法和做人的原则，让我终身受益。”郑哲敏曾在采访时说。 1955年，刚刚被美国政府解禁的郑哲敏准备起程归国，当时还被软禁的钱学森叮嘱他：“回国后，国家需要你干什么，你就干什么。不一定是尖端的，哪怕是测量管道水的流动也可以做。” 回国后，郑哲敏根据不同时期的国家需求，一直在调整着自己的研究方向。他一生中重要的研究领域——爆炸力学，就是为了国家的需求而设立的。 他生前曾说，“虽然爆炸力学是一个全新领域，但国家需要，我当然义不容辞。” 科研同行这样评价他的贡献：郑哲敏院士找到了爆炸中能量释放的科学规律，从而“驯服”了炸药，并利用这种威力巨大的能量，解决了很多工程难题，在爆炸领域开创了广泛的应用空间。 来自中科院力学所的资料显示，郑哲敏院士是我国力学学科建设与发展的组织者之一，作为国际理论与应用力学 联盟的执委，在中外享有崇高的声誉和影响力。他参加了新中国12年科学技术发展远景规划的制订。他在总体把握中国力学学科发展方向的同时，积极倡导、组织和参与弹性力学、材料力学、环境力学、海洋工程力学、灾害力学、非线性力学等多个力学分支学科的建立和发展，为推动中国力学事业的发展做出了重要贡献。 面对这些荣誉和称赞，淡泊名利的郑哲敏，往往一笑了之。 2013年1月，郑哲敏获得国家高科学技术奖，但就在国家高科技奖颁奖的前一天，他是还像往常一样，一大早就拎着包来中科院力学所上班了。 他曾说：“我从过去走到现在，并没有什么清晰的路线。但有一点是确定的，那就是富国强民的愿望。” 郑哲敏院士是中科院力学所第二任所长，他秉承钱学森先生“工程科学”思想办所理念。同事们对老先生的评价是，他热爱祖国、献身科研，严谨治学、淡泊名利，甘为人梯、提携后学。 中科院力学所研究员戴兰宏说，上世纪90年代自己刚到力学所读研究生，有一次郑老与青年学生座谈时就说，有些研究人员，经常一来就把办公室的门关上，这样不好，他本人就经常把办公室的大门打开，便于交流。 如今，郑哲敏办公室的大门关上了，而这扇门的主人再也回不来了。有网友说，郑先生只是“外出”，他给中国人留下的爆炸力学还在。
我国力学工作者的部分重大研究成果简介
我国关于近代应用力学的研究大约始于四五十年代，其中力学事业的奠基人公认为有四个：钱学森、周培源、钱伟长和郭永怀。其中钱学森被认为是中国的“航天之父”、“火箭之父”；周培源以研究广义相对论而出名；钱伟长被打成右派，只是到晚年才担任政协副主席而名声日隆；郭永怀实际上是二机部第二研究院(研究原子弹的)副院长，在1968年执行公务时飞机失事而牺牲(其动人事迹已被拍成电影)。这四个人都是加州理工学院的校友，都继承了哥廷根学派应用力学的传统。实际上，加州理工学院是一所规模很小的学校，一直提倡精英教育。她的中国校友还有很多，例如郑哲敏、庄逢甘、谈家桢、赵忠尧、胡宁、孟昭英、唐有祺、白春礼等。 公众对于这些人的学术了解都很肤浅，殊不知他们都是应用力学的大师，而他们所取得的那些成绩只不过是其所学力学知识的外在表现而已。他们已经掌握了力学的精髓，不把力学作为一门具体的学科，而是作为方法 论，故而他们能有更多的发明创新。力学的逻辑严密性，以及能够从工程实际和实验现象里面提炼模型的能力，对创建交叉学科具有非常重要的意义。例如钱学森提出的工程控制论、物理力学、系统工程，钱伟长研究的燃料电池、中文信息处理，郭永怀提出的化学流体力学等，都是基于力学方法 论的新概念和新学科。有鉴于此，本文仅选取了我国力学家的几项重要学术成绩以评述，而这也仅仅是力学工作者所取得成果的一部分。 “中国三钱”中的两钱，钱学森和钱伟长都是搞力学研究的。钱学森回国之后担任了火箭与航天领域的领导，是一位科学帅才。他能够领导这么大的系统工程，其基础就是应用力学。 钱学森在力学上的主要贡献有： 采用非线性理论研究了飞机金属薄壳结构非线性屈曲； 研究火箭发动机的热力学问题，提出并实现了火箭助推起飞装置(JATO)，提出了火箭旅客飞机、核火箭、行星际飞行、天地往返运输系统等概念； 创建了《工程控制论》，把设计稳定与制导系统这类工程技术实践作为主要研究对象； 提出物理力学概念，主张从物质的微观规律确定其宏观力学特性，改变过去只靠实验测定力学性质的方法； 卡门-钱近似公式，即飞机速度接近声速时，空气的可压缩性对机翼和机身的升力有多大影响。 钱伟长的力学贡献主要有： 弹性薄板的内禀理论一文中，提出的扁壳的非线性方程组被称为钱伟长方程； 广义变分原理的拉格朗日乘子算法，该工作1964年投稿被拒，结果被日本鹫津久一郎抢先发表； 运用摄动法求解薄板的大挠度方程，被称为钱伟长方法； 流体力学的变分原理； 圆柱体的扭转，是弹性力学方面的经典成果；(6)圆环壳的一般解;(7)研究穿甲力学，目的是为了研究当时珍宝岛打仗时候坦克的穿甲问题。 胡海昌，是钱伟长早年的研究生和助手，主要贡献在于广义变分原理。这个原理已经是弹性力学教材必讲的一章，被称为“胡海昌-鹫津久一郎变分原理”。以中国人名命名的定理，目前尚不多见。 周培源，湍流计算模式的奠基人，曾追随爱因斯坦和海森堡学习相对论。他奠定了湍流模式理论的基础，在国际上形成了一个流派，对推动流体力学研究产生了巨大影响。“在湍流领域，他被认为是计算机模式之父”、“在这一代人中，在流体力学中***少有来自四个不同国家的四位巨人，他们以自己的方法在国内和国外造成很大的影响，既是由于他们对流体力学的贡献，也由于他们提供的智力和领导，在每一个国家，那些非凡的后继者在流体力学中的出色的工作者都可以追踪为这些巨人的学术继承人。我所说的四位巨人是：美国的冯卡门，前苏联的柯尔莫哥洛夫，英国的泰勒，和中国的周培源。”(湍流专家Lumley语)。 郭永怀，发现了上临界马赫数，发展了奇异摄动理论中的变形坐标法，即国际上公认的PLK(Poincare-Lighthill-Kuo)方法。他倡导了我国的高超声速流、电磁流体力学、爆炸力学的研究。 钱令希，专长于结构力学和计算力学。1950年，发表论文《余能理论》，开创了我国力学工作者对变分原理的研究。70年代，提倡结构优化理论和计算力学，已被广泛地运用到土木建筑、桥梁、造船、航天、机械制造等多个领域。60年代初，研究核潜艇研究壳体的强度、开孔和稳定问题。70年代，牵头承担了我国现代化的原油输出港——大连新港主体工程的设计任务，提出了“百米跨度空腹桁架全焊接钢栈桥”的方案。 张维是双院士，提倡力学与工程实际相结合。他求得了薄壁圆环壳的渐进解，求得了比较完整的承受任意荷载环壳、弯管的精确解，同时进行圆环壳几何非线性、屈曲及后屈曲特性的研究，并注重对环壳在弹性元件、转子设计以及波纹管膨胀节的应用，提倡在我国推广轻型薄壳结构和普及壳体理论。 郑哲敏，双院士，应用力学专家。在爆炸力学方面，提出了流体弹塑性模型，先后解决了穿甲和破甲相似律、破甲机理、穿甲简化理论和射流稳定性等一系列问题。对煤和瓦斯突出进行了力学分析。对金属断裂机制和绝热剪切带的形成和演化都提出了新的模型和理论。 黄克智，与其研究生高玉臣一起提出了“高黄解”，解决了幂硬化材料的裂纹扩展问题，进行过压力容器和管板换热器的力学分析，塑性力学和微纳米力学的研究。 俞茂宏，提出了双剪切理论和统一强度理论，已被广泛应用于工程力学、材料力学、塑性力学、土力学、岩石力学、金属力学、岩土塑性力学以及土木工程、水利工程、岩土工程、机械、军工等工程问题的研究。 钟万勰，提出了弹性力学求解的新对偶体系、精细积分法、参变量变分原理、结构力学与优控制的模拟关系、极限分析等。 白以龙，建立了热塑剪切模型方程及变形局部化演化的一系列新结论，被国际一些实验室证实和文献引用，称为“白模型”，“白判据”。在材料的跨尺度破坏等力学问题方面有所建树。 王仁，塑性力学的滑移线理论，冲击载荷下结构的塑性动力响应和动态屈曲问题，计算了丢球构造应力场，对地震应力场进行模拟和地震危险区进行预测，将断裂力学应用于岩石破坏机理。
超高温系统与中国高超音速飞行器
日前，中国航天科技集团公司五院总环部在空间环境模拟容器内真空冷黑环境下，利用自研超高温模拟系统成功将试验件加热***1850℃，实现了航天器真空热试验超高温模拟技术方面的重大突破。这一试验技术的突破，将开拓高超音速飞行器地面高温高热流模拟试验的技术途径，为高超音速飞行器的研制试验提供技术支持。特别是随着我国在深空探测、高超声速飞行器等领域的快速发展，对飞行器及其部件需要结合太空环境或高空低气压环境进行的超高温地面考核试验有着明确的需求。 当然在超音速飞行器领域，除了超高温模拟系统，另一更为“底层”基础的地面模拟系统就是风洞。在这方面，通过2012年6月《科技日报》的一篇报道我们可以管窥一斑。该报在报道我国钱学森工程科学实验基地时称，我国在北京市怀柔区建设了复现2540千米高空的高超音速飞行条件的大型风洞。世界同类型中的大风洞，可以模拟5马赫***9马赫之间的飞行条件，温度可达3 000℃左右。高超音速发动机需要的实验时间***少需要60-70毫秒，该风洞已经能做到100毫秒，而国外的相关风洞大约只有30毫秒。该风洞喷管直径和实验舱直径都明显优于国外同类风洞。此外，该实验基地还建有高超实验室、超燃实验室、燃烧实验室、等离子实验室等。这些与高超音速飞行器领域配套的基础设施的建设，表明着我国早已紧盯高精尖技术前沿，致力于高超音速飞行器的研究。那么，近年来在此领域以WU-14、“神龙”为代表的高超音速的试射实属自然。 热防护技术及材料选是高超音速飞行的基础 当飞行器以高超音速在大气中飞行时，气动加热严重。当飞行速度达到8马赫时，飞行器的头锥部位温度可达1800℃，其它部位的温度也将在600℃以上。因此设计合适的热载荷管理系统成为必须。此前的太空“穿梭”航天器，航天飞机的热效应主要是集中在升空和再入阶段，时间相对有限，在热防护上是以隔离为主，机体材料可选余地较大。但高超音速飞行器在大气层内长时间飞行，摩擦热集中在机体的前端和翼面前缘，气动加热持续时间远比航天器要长，若没有有效的温度控制手段将无法保证结构安全，也无法保证机体内部设备的工作环境。对于热防护首先就是材料的选择，选用长寿命、耐高温、抗腐蚀、高强度、低密度的轻质材料。目前研制的和可能采用的新材料主要有轻金属材料、金属基复合材料、聚合物基复合材料、陶瓷基复合材料、碳-碳复合材料等。 只不过高超音速飞行器，与空气的摩擦热量实在是太大，对飞行器的材料与结构的选择实在是巨大难题。机体材料很可能因温度的飙升发生着膨胀形变，加之机体内不同材料的膨胀系数不同，形变程度又有着差别。这细微的形变随之可能引发高速飞行的飞行器的气动控制的改变、机体的振动乃***解体。目前在美国多数高超音速飞行器的头部多采用钨基材料，但这种较高价值的金属材料，随之引发的就是成本的居高不下，对于未来的武器化、大范围的装备又会是不小的障碍。对于层出不穷的复合材料，在新材料的设计与加工都还有这加工难度的问题，就像在美国“猎鹰”的试验计划中多次推迟的原因就有碳基壳体材料出现了剥离问题，研制人员不得不改进工艺来使材料更易制造和性能稳定。 在基础材料之外，高超音速飞行器还必须在飞行器的总体设计和结构设计中考虑热防护因素，采用主动降温技术措施。比如，在X-51A上，不仅有着结构热防护措施，又将燃料作为结构散热的载体，在热交换器内流动后带走发动机的热量承担发动机散热的作用。在高温段吸热后的燃料裂解成低分子产物，循环到超燃冲压发动机动力系统后更适合工作要求。消耗，利用燃料循环系统作为外壳持续降温的手段。正是隔热层、耐热结构材料，降低热流，减少热应力、热传送和热冷却等多项措施的全面综合采用，才有热防护问题的解决可能，才有飞行器向高超音速的冲刺。
关于一维平面弹性应力波的传播杆件条件
1、在霍普金森试验应用中，入射杆和透射杆必须保持弹性形变过程，且高度同轴线（有效接触面积95%以上），以使表面应变与杆内应力线性相关及可将弹性应力波理论准确获得应变测量数据，用霍普金森专用模型分析处理。 2、因为撞击杆速度的上限由杆件的屈服强度直接决定，优选高强度（高屈服强度）材料作为杆材料，并进行渗氮（必要时碳氮共渗）等热处理获得满足霍普金森试验要求的苛刻力学性能杆件。 3、霍普金森是一种表征在高应变率下（100-1000Hz）变形的材料心力学设备，杆件是在试验过程中收到反复冲击，高屈服强度和热处理硬度特性在确保获得准确的弹性盈应力波的同时，大大提高杆件的使用寿命，降低试验成本。
关于脆性材料应力集中情形及应对措施
1、脆性材料是霍普金森测试研究主要对象之一，如陶瓷、玻璃、岩石、混凝土和一些复合材料等都是脆性材料。脆性材料不会产生局部屈服，这使得其一手应力集中的影响。 2、试件加载面的平面度和平，我公司多年研制的专用制样系统，可以很好满足加工要求。 3、杆洗的同轴度低，导致端面不平行，因此即使试件的加工精度好也会在试件边缘产生应力集中。我公司行度精度不高会造成局部屈服，因此脆性材料试件加工公差要求非常苛刻，达到4级以上研制的多 维度定位调节机构可以快速准确的调整超长杆件间的通轴度。 4、直径小但更硬的脆性材料试件在入射杆加载时，如碳化物或氮化铝试件等。
一维弹性应力波的产生机理问题探究
1、当材料受到瞬间作用的冲击载荷时，其变形和应力不会立即传播到物体的全部，因为在一定时间内远端还没有受到扰动。物体内的变形和应力是以一次货多次的应力扰动形式通过材料传播的。从冲击作用处产生的材料内传播的速度是有限的，它和材料的特性有关。 2、在波的传播中，必须考虑两种速度：一种是扰动的传播速度，一种是指质点的移动速度。