![彈塑性波與沖擊動(dòng)力學(xué)第一章_第1頁(yè)](http://file4.renrendoc.com/view/bf8b1cb0864ee6ff2d3572eefc761e25/bf8b1cb0864ee6ff2d3572eefc761e251.gif)
![彈塑性波與沖擊動(dòng)力學(xué)第一章_第2頁(yè)](http://file4.renrendoc.com/view/bf8b1cb0864ee6ff2d3572eefc761e25/bf8b1cb0864ee6ff2d3572eefc761e252.gif)
![彈塑性波與沖擊動(dòng)力學(xué)第一章_第3頁(yè)](http://file4.renrendoc.com/view/bf8b1cb0864ee6ff2d3572eefc761e25/bf8b1cb0864ee6ff2d3572eefc761e253.gif)
![彈塑性波與沖擊動(dòng)力學(xué)第一章_第4頁(yè)](http://file4.renrendoc.com/view/bf8b1cb0864ee6ff2d3572eefc761e25/bf8b1cb0864ee6ff2d3572eefc761e254.gif)
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彈塑性波與沖擊動(dòng)力學(xué)第一章第1頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一攻擊與防護(hù)第2頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一飛機(jī)/導(dǎo)彈的威脅AircraftMissileandItsThreat2001年美國(guó)“911恐怖襲擊事件”第3頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一飛機(jī)防護(hù)AircraftProtection:turbinefragments,runwaymissiles,etcEUFramework-5:
CRAHVI(1999-2003)
第4頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一核設(shè)施防護(hù)ProtectionofNuclearFacilities1986年烏克蘭的切爾諾貝利事件2011年日本福島第一核電站放射性物質(zhì)泄漏第5頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一航天飛機(jī)/太空船/站/衛(wèi)星防護(hù)ProtectSpaceShip/Station/Satelliteetc:accidentalimpacts;spacedebrisColumbiaspaceshuttledisaster-Perforationbasedon
FoamImpactTheory(2003.2.1)1983:firstindicationofdebrisimpact;1985-1990:LongDurationExposureFacility(LDEF)第6頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一月球勘探者號(hào)先驅(qū)者10號(hào)卡西尼土星號(hào)水手6號(hào)星球大戰(zhàn)計(jì)劃—衛(wèi)星防護(hù)和反間諜問(wèn)題第7頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一地球保護(hù)EarthProtectionOccurseveryday30/06/1908,Tunguska,Siberia:lowdensityasteroid(~30m)1.2kmcraterby50mhardasteroid第8頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一ImpactVelocity–128.9m/sImpactVelocity–132.0m/sImpactVelocity–142.7m/sImpactVelocity–154.2m/sImpactVelocity–203.6m/s200mm第9頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一長(zhǎng)桿彈斜碰撞時(shí)應(yīng)力波傳播情況:A表示沖擊波,B表示稀疏波,C是剪切區(qū),D是高壓區(qū),E處產(chǎn)生了塑性變形/滑移區(qū),F(xiàn)處存在界面效應(yīng),G是縱波的傳播,H是彎曲波的傳播。第10頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一Backman和Goldsmith用薄板與中厚板進(jìn)行破壞試驗(yàn)時(shí)得到的典型靶板碰撞破壞模型。(a)脆性斷裂(b)韌性斷裂(c)徑向斷裂(d)沖塞破壞(e)破碎模式(f)花瓣破壞第11頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一彈丸超高速碰撞半無(wú)限靶板的成坑過(guò)程示意圖
第12頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一超高速碰撞半無(wú)限靶板成坑期間撞擊壓力的變化規(guī)律
Ⅰ)瞬時(shí)階段Ⅱ)穩(wěn)定侵徹階段Ⅲ)成坑階段Ⅳ)恢復(fù)階段第13頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一Shockey等人用6000m/s的克水聚碳酸脂球打擊鋼靶時(shí),所形成的彈坑剖面示意圖。
第14頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一
當(dāng)超高速?gòu)椡枧鲎脖“邪鍟r(shí),其重要特點(diǎn)是會(huì)形成碎片(或霧化)云。圖中(a)和(b)分別是鉛和鉬板形成的碎片云圖。第15頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一相變與破碎機(jī)理問(wèn)題儀器倉(cāng)碎片云飛行器的雙層防護(hù)第16頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一第17頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一第18頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一第19頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一第20頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一第21頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一第22頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一第23頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一第24頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一第25頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一課程總內(nèi)容第一章
緒論第二章彈塑性波基本方程第三章一維彈性波第四章一維塑性波第五章一維粘彈性波和彈粘塑性波第六章高壓下固體中的沖擊波第七章三維彈性介質(zhì)中的基本波及其傳播第八章靶板碰撞動(dòng)力學(xué)第九章沖擊動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)第26頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一王禮立.應(yīng)力波基礎(chǔ).國(guó)防工業(yè)出版社,2005楊桂通.塑性動(dòng)力學(xué).高等教育出版社,2000馬曉青.沖擊動(dòng)力學(xué),北京理工大學(xué)出版社,1992錢(qián)偉長(zhǎng).穿甲力學(xué).國(guó)防工業(yè)出版社,1984[美]MarcAndréMeyers.張慶明等譯,材料的動(dòng)力學(xué)行為
國(guó)防工作出版社,2006張守中.爆炸與沖擊動(dòng)力學(xué).兵器工業(yè)出版社,1993丁啟財(cái)(美國(guó)).固體中的非線性波,中國(guó)友誼出版公司,1985經(jīng)福謙.實(shí)驗(yàn)物態(tài)方程導(dǎo)引,科學(xué)出版社,1999參考書(shū)第27頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一第一章緒論1-1引言1-2固體的動(dòng)力學(xué)特征和課程主要內(nèi)容1-3經(jīng)典彈塑性波理論的歷史與現(xiàn)狀1-4塑性動(dòng)力學(xué)與波動(dòng)理論1-5應(yīng)用背景1-6本課程的任務(wù)第28頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一
彈塑性波與沖擊動(dòng)力學(xué)是研究固體材料在短時(shí)間、快速變化的沖擊載荷作用下產(chǎn)生波動(dòng)(應(yīng)力波傳播),并使固體材料產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)、變形和破壞的規(guī)律,涉及固體中彈塑性波的傳播和相互作用的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí),以及靶板侵徹的基本理論。已成為現(xiàn)代聲學(xué)、地球物理學(xué)、爆炸力學(xué)、材料與結(jié)構(gòu)沖擊動(dòng)力學(xué)、當(dāng)代兵器技術(shù)、導(dǎo)彈與核武器技術(shù)和航空航天防護(hù)技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)學(xué)科。1-1引言第29頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一1-2固體的動(dòng)力學(xué)特征和課程主要內(nèi)容運(yùn)動(dòng)是物體存在的形式,是物質(zhì)的固有屬性。機(jī)械運(yùn)動(dòng)是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的最簡(jiǎn)單形態(tài),是指物體的空間位置形態(tài),即物體的空間位置或物體的一部分相對(duì)于其他部分來(lái)說(shuō)空間位置隨時(shí)間變化的過(guò)程。彈塑性波動(dòng)則是研究彈塑性物體在外界擾動(dòng)下機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué),屬于經(jīng)典力學(xué)的范疇,它是研究運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)低于光速的宏觀物體的運(yùn)動(dòng),所以牛頓定律是建立彈塑性波支配方程的基礎(chǔ)。第30頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一其他物體對(duì)于所考慮物體的作用稱(chēng)之為載荷。一個(gè)彈塑性體在外部載荷作用下將會(huì)改變其原有的形狀和原來(lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),同時(shí)物體內(nèi)各部分之間相互作用力也隨之發(fā)生,這些變化統(tǒng)稱(chēng)為彈塑性體對(duì)外部作用的響應(yīng)。載荷的不同將會(huì)引起響應(yīng)的不同。載荷可分為靜力載荷和動(dòng)力載荷。第31頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一一般固體力學(xué)(靜力學(xué))——靜力載荷
靜力載荷:緩慢加載,產(chǎn)生的加速度很小,忽略慣性效應(yīng),在此過(guò)程中,可以認(rèn)為各部分都處于靜力平衡狀態(tài)。載荷強(qiáng)度隨時(shí)間不發(fā)生顯著變化。不考慮介質(zhì)微元體的運(yùn)動(dòng),不考慮慣性,只考慮變形第32頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一本課程:重在“動(dòng)”——載荷是動(dòng)態(tài)的,響應(yīng)是動(dòng)態(tài)的。動(dòng)力載荷:加載過(guò)程中使物體產(chǎn)生顯著的加速度,且加速度所引起的慣性力對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)和變形有明顯影響。第33頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一
動(dòng)力加載(沖擊加載),相對(duì)于靜力學(xué)加載其特點(diǎn)如下:
(1)作用時(shí)間短,幅值變化大:材料變形、破壞局部化效應(yīng)狀態(tài)歷時(shí)壓力變化核爆炸中心幾微秒103~104GPa炸藥在固體表面接觸爆炸幾微秒10GPa子彈以102~103m/s射擊靶板幾十微秒1~10GPa(2)要考慮介質(zhì)微元體的慣性,考慮波的傳播與相互作用,具有特殊的破壞現(xiàn)象:層裂、心裂、角裂,穿甲彈侵徹過(guò)程的自銳化效應(yīng)等。第34頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一(3)高加載率、高應(yīng)變率(dp/dt,dσ/dt,dε/dt):材料強(qiáng)度提高,變硬、變脆一般來(lái)說(shuō),準(zhǔn)靜態(tài)試驗(yàn)的應(yīng)變率為10-5~10-1/s量級(jí),而考慮應(yīng)力波傳播的沖擊試驗(yàn)的應(yīng)變率范圍是102~104/s量級(jí),有時(shí)甚至可達(dá)108/s量級(jí)。加載方法應(yīng)變率(1/s)物理效應(yīng)準(zhǔn)靜態(tài)試驗(yàn)機(jī)械裝置或壓縮氣炮機(jī)械裝置或壓縮氣炮火藥炮一級(jí)輕氣炮二級(jí)輕氣炮二級(jí)輕氣炮10-5~10-110-1~100100~102102~104104~106106~108>108靜力學(xué)變形彈性、局部塑性主要是塑性粘性,材料強(qiáng)度仍很重要強(qiáng)度不可忽略,密度是主要參數(shù)可壓縮性效應(yīng)氣化第35頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一(4)溫度效應(yīng):材料沖擊熱軟化、瞬態(tài)相變、絕熱剪切破壞從熱力學(xué)角度來(lái)說(shuō),靜力學(xué)加載過(guò)程相當(dāng)于等溫過(guò)程,而動(dòng)力學(xué)加載過(guò)程相當(dāng)于絕熱過(guò)程,其能量立即轉(zhuǎn)變?yōu)闆_擊壓縮能和塑性變形功。(5)在沖擊載荷作用下,材料在高應(yīng)變率下的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能與靜態(tài)力學(xué)性能不同,即材料的本構(gòu)關(guān)系不同,具有應(yīng)變率效應(yīng)。
第36頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一不考慮介質(zhì)微元體的慣性——靜力學(xué)問(wèn)題。不考慮介質(zhì)的可變形性——?jiǎng)傮w力學(xué)問(wèn)題,波速為∞??紤]介質(zhì)微元體的慣性,考慮介質(zhì)的變形——?jiǎng)恿W(xué)問(wèn)題。
一切固體材料都具有慣性和變形性,當(dāng)受到隨時(shí)間變化著的外載荷的作用時(shí),其運(yùn)動(dòng)過(guò)程總是一個(gè)應(yīng)力波產(chǎn)生、傳播、反射和相互作用的過(guò)程。在忽略慣性——可變形性固體靜力學(xué)中,只是只觀察靜力平衡后的結(jié)果而已。在忽略了可變形性的剛體力學(xué)中,應(yīng)力波速度趨于無(wú)窮大。第37頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一波動(dòng)(應(yīng)力波):擾動(dòng)在介質(zhì)中的傳播動(dòng)力學(xué):研究在外界動(dòng)載荷作用下物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與響應(yīng)特性應(yīng)力波的形成機(jī)制:
外加載荷表面介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)作用與反作用力內(nèi)部相臨介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)慣性作用應(yīng)力波傳播第38頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一何時(shí)考慮波動(dòng):當(dāng)載荷作用的時(shí)間與應(yīng)力波傳過(guò)物體特征尺寸的時(shí)間在同一數(shù)量級(jí)或更小時(shí),要考慮應(yīng)力波的傳播效應(yīng),否則不考慮波動(dòng)只考慮結(jié)構(gòu)響應(yīng)。第39頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一若載荷作用時(shí)間與應(yīng)力波傳過(guò)物體特征尺寸所需的時(shí)間相比至少多出一個(gè)數(shù)量級(jí),則波在物體內(nèi)經(jīng)過(guò)多次反射,已造成物體的整體運(yùn)動(dòng),可以不考慮應(yīng)力波的傳播,只考慮整體性的慣性運(yùn)動(dòng)。如像梁、拱、薄板、薄殼這樣一類(lèi)結(jié)構(gòu),它們?cè)谌齻€(gè)尺寸中,總有一個(gè)或兩個(gè)尺寸遠(yuǎn)小于其他尺寸,而突加載荷的方向往往就是尺寸最小的方向,這時(shí)應(yīng)力波在這個(gè)方向的傳播時(shí)間較載荷作用時(shí)間小,應(yīng)力波傳播消失,結(jié)構(gòu)的動(dòng)力效應(yīng)主要表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)變形(彎曲)隨時(shí)間的變化,這類(lèi)問(wèn)題屬于結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。第40頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一
固體動(dòng)力學(xué)與靜力學(xué)區(qū)別:(1)
是否考慮介質(zhì)微元體的慣性效應(yīng)()。固體力學(xué)的靜力學(xué)理論所研究的是處于靜力平衡狀態(tài)下的固體介質(zhì),以忽略介質(zhì)微元體的慣性作用為前提,這只有當(dāng)載荷強(qiáng)度隨時(shí)間不發(fā)生顯著變化時(shí),才是允許和正確的。動(dòng)力學(xué)理論是考慮介質(zhì)微元體的慣性作用,考慮應(yīng)力波在介質(zhì)中的傳播。(2)
材料的本構(gòu)關(guān)系不同。
沖擊載荷是在短暫的時(shí)間尺度上載荷發(fā)生顯著變化,意味著高加載率或高應(yīng)變率。動(dòng)力學(xué)研究在沖擊載荷作用下材料的力學(xué)響應(yīng),在高應(yīng)變率下材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能與靜態(tài)力學(xué)性能不同,即材料本構(gòu)關(guān)系對(duì)應(yīng)變率具有相關(guān)性。第41頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一大量實(shí)驗(yàn)表明,不同應(yīng)變率下,材料性能往往不同。隨著應(yīng)變率提高,瞬時(shí)應(yīng)力和屈服強(qiáng)度有顯著提高。在同一應(yīng)變值下,動(dòng)態(tài)應(yīng)力比靜態(tài)應(yīng)力高,兩者的差異稱(chēng)為“過(guò)應(yīng)力”。當(dāng)應(yīng)變率時(shí)許多金屬材料都呈現(xiàn)出這種特性。瞬時(shí)應(yīng)力和屈服極限隨應(yīng)變率提高而提高的現(xiàn)象,統(tǒng)稱(chēng)為應(yīng)變率效應(yīng)(應(yīng)變率硬化效應(yīng))。第42頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一應(yīng)變率效應(yīng)明顯的材料稱(chēng)為應(yīng)變率敏感材料。各種工程材料都存在一個(gè)應(yīng)變率敏感性界限。金屬材料的應(yīng)變率敏感性界限大約在之間。
當(dāng)?shù)陀跁r(shí),金屬處于(準(zhǔn))靜態(tài)情況,應(yīng)變率效應(yīng)可略去不計(jì)。應(yīng)變率高于時(shí),應(yīng)變率效應(yīng)也不太明顯,材料的動(dòng)力特性會(huì)增加新的內(nèi)容。第43頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一研究的問(wèn)題(基本命題):
(1)波的傳播和固體材料響應(yīng)現(xiàn)象和規(guī)律的研究已知:
材料的動(dòng)力學(xué)本構(gòu)關(guān)系、狀態(tài)方程以及破壞準(zhǔn)則研究(求解、預(yù)告):固體材料內(nèi)引起的應(yīng)力波傳播現(xiàn)象和規(guī)律,以及材料相應(yīng)的響應(yīng)特征和規(guī)律。第44頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一(2)材料動(dòng)力學(xué)特性和結(jié)構(gòu)響應(yīng)的研究已知:借助于實(shí)驗(yàn)檢測(cè)分析,獲知應(yīng)力波的傳播規(guī)律研究(求解):材料的本構(gòu)關(guān)系、動(dòng)態(tài)力學(xué)特性,或通過(guò)提出合乎實(shí)際的科學(xué)模型,建立材料的本構(gòu)方程和破壞判據(jù)。第45頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一
問(wèn)題的復(fù)雜性在于:兩者耦合一方面應(yīng)力波理論的建立要依賴(lài)于對(duì)材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的了解,這是以已知材料的動(dòng)力學(xué)性能為前提的。另一方面材料在高應(yīng)變率下動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的研究又往往需要依賴(lài)于應(yīng)力波理論的分析指導(dǎo)。應(yīng)力波的研究和材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的研究之間有著十分密切的關(guān)系。第46頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一基本概念:波陣面:在介質(zhì)中已擾動(dòng)區(qū)域與未擾動(dòng)區(qū)域之間的分界面。
擾動(dòng)的傳播波陣面的推進(jìn)波傳播的方向波陣面推進(jìn)的方向波速:擾動(dòng)信號(hào)在介質(zhì)中的傳播速度(或說(shuō)波陣面在介質(zhì)中推進(jìn)的速度)
介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)速度:介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度第47頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一間斷波波陣面(強(qiáng)間斷、強(qiáng)擾動(dòng)):波陣面前后介質(zhì)的狀態(tài)參量(如σ、v、ε)之間的差值為一有限值,波剖面發(fā)生了間斷。數(shù)學(xué)上的定義對(duì)應(yīng)于一階奇異面,即位移u的一階導(dǎo)數(shù)(如v、ε)發(fā)生間斷的波陣面。其對(duì)應(yīng)的波稱(chēng)為強(qiáng)間斷波,沖擊波即是強(qiáng)間斷波。連續(xù)波波陣面(弱間斷、弱振動(dòng)):波陣面前后的狀態(tài)參量(σ、v、ε)之間的差值為無(wú)限小,波剖面是連續(xù)的。對(duì)應(yīng)于數(shù)學(xué)上為二階及更高階奇異面。其對(duì)應(yīng)的波稱(chēng)為連續(xù)波,其中二階奇異面對(duì)應(yīng)的波又稱(chēng)為加速度波(加速度為u的二階導(dǎo)數(shù))第48頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一
間斷波和和連續(xù)波是兩種在表現(xiàn)形式上完全不同的波,但是它們之間又相互聯(lián)系,在應(yīng)力波的傳播過(guò)程中,間斷波和連續(xù)波在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化。
第49頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一按傳播方向分類(lèi):縱波、橫波縱波:擾動(dòng)信號(hào)的傳播方向與介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向一致(相同或相反)。橫波:擾動(dòng)信號(hào)的傳播方向與介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向相垂直。按波陣面形狀分類(lèi):平面波、柱面波、球面波第50頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一按加載的性質(zhì)分類(lèi):加載波、卸載波加載波:使介質(zhì)的狀態(tài)參量(σ、p、v等)(絕對(duì))值增大的波。卸載波:使介質(zhì)的狀態(tài)參量(σ、p、v等)(絕對(duì))值減小的波。第51頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一按波本身的性質(zhì)分類(lèi):壓縮波、稀疏波、拉伸波其它波的概念:(入射波、反射波、透射波)(彌散波、匯聚波)(沖擊波:是強(qiáng)間斷、強(qiáng)擾動(dòng),是一種強(qiáng)烈的壓縮波)
第52頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一應(yīng)變率無(wú)關(guān)理論:在一定條件下,近似地假定材料的本構(gòu)關(guān)系與應(yīng)變率無(wú)關(guān),建立在此基礎(chǔ)上的應(yīng)力波理論稱(chēng)為應(yīng)變率無(wú)關(guān)理論。應(yīng)變率相關(guān)理論:考慮材料的本構(gòu)關(guān)系的應(yīng)變率相關(guān)性,相應(yīng)建立的應(yīng)力波理論稱(chēng)為應(yīng)變率相關(guān)理論。常見(jiàn)的應(yīng)變率無(wú)關(guān)理論包括:線彈性波理論、非線彈性波理論、塑性波理論。最基本的應(yīng)變率相關(guān)理論包括:粘彈性波理論、粘彈塑性波理論、彈粘塑性波理論等。第53頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一1-3經(jīng)典彈塑性波理論研究的歷史與現(xiàn)狀光的本性研究是最初推動(dòng)彈性波理論發(fā)展的起源。1821年物理學(xué)家Fresnel宣稱(chēng)偏振光干涉的實(shí)驗(yàn)事實(shí)只能用橫向振動(dòng)來(lái)解釋?zhuān)承┙橘|(zhì)可以實(shí)現(xiàn)這種橫向振動(dòng)并傳播這種橫波(光傳播的彈性以太說(shuō))。當(dāng)時(shí)自然界還沒(méi)有在介質(zhì)內(nèi)可以傳播橫波的概念。據(jù)此,Cauchy建立了彈性力學(xué)普遍方程組,Poisson發(fā)現(xiàn)了彈性介質(zhì)中可以傳播兩種性質(zhì)不同的波:縱波和橫波。從而開(kāi)創(chuàng)了應(yīng)力波理論。由于塑性加載時(shí)的非線性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系和塑性變形的不可逆性這兩個(gè)難題,使得塑性波理論的建立幾乎比線彈性波理論晚了整整一百年。第54頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一
人們對(duì)碰撞現(xiàn)象的研究使碰撞問(wèn)題開(kāi)始與應(yīng)力波傳播理論相結(jié)合。
地震學(xué)的發(fā)展使人們?cè)诘卣鹩涗浿蟹謩e識(shí)別出彈性縱波、橫波和表面波的存在,并發(fā)現(xiàn)了勒夫波、折射波等。核武器的研制與防護(hù)研究大大推動(dòng)了對(duì)材料在高壓和高速變形下力學(xué)性能的研究,發(fā)展了爆炸驅(qū)動(dòng)和輕氣炮驅(qū)動(dòng)的平板撞擊技術(shù)。核爆炸研究又大推動(dòng)了固體中沖擊波理論的發(fā)展,以及流體彈塑性介質(zhì)中應(yīng)力波傳播的數(shù)值計(jì)算等。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,開(kāi)發(fā)了許多相應(yīng)的計(jì)算軟件,大大地推動(dòng)了碰撞與沖擊問(wèn)題的研究,推動(dòng)了應(yīng)力波理論的發(fā)展。第55頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一1821年,法國(guó)Navier推導(dǎo)出彈性固體平衡與振動(dòng)方程,從此奠定了固體內(nèi)彈性波理論的基礎(chǔ);1821年,F(xiàn)renel提出可以用彈性固體介質(zhì)內(nèi)的橫波來(lái)解釋光的偏振現(xiàn)象,使彈性波傳播問(wèn)題與光的彈性波理論聯(lián)系起來(lái)。1823年:Cauchy(法國(guó)數(shù)學(xué)、力學(xué)家,1789—1857)提出了彈性體平衡和運(yùn)動(dòng)的一般方程,給出了應(yīng)力應(yīng)變的嚴(yán)格定義,對(duì)包括動(dòng)力學(xué)方程在內(nèi)的經(jīng)典彈性理論作了許多貢獻(xiàn),為彈性動(dòng)力學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。第56頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一1829年,Poisson
(法國(guó)數(shù)學(xué)、力學(xué)家,1781—1840)
在《彈性體平衡和運(yùn)動(dòng)方程研究》報(bào)告中,用分子間相互作用的理論推導(dǎo)彈性體的運(yùn)動(dòng)方程。首先提出了位移波動(dòng)方程的解由兩部分組成,一部分是一個(gè)標(biāo)量勢(shì)函數(shù)的梯度,另一個(gè)代表了一個(gè)旋轉(zhuǎn)場(chǎng),揭示了介質(zhì)內(nèi)部的擾動(dòng)的傳播由兩類(lèi)基本的位移波所組成,即膨脹波和等容波。1830年:Cauchy研究了晶體介質(zhì)中平面波的傳播,得到了波前傳播的速度方程,一般情況下有三個(gè)波速值,在各向同性的情況下,有兩個(gè)是重合的,它們與平面橫波相對(duì)應(yīng)。1831年,Poisson論證了彈性體中縱波和橫波的存在,并處理了初值問(wèn)題。第57頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一1849年:Stokes研究了由于體積力引起的波動(dòng)問(wèn)題,并對(duì)于突加點(diǎn)載荷導(dǎo)出了基本奇異解,后來(lái)Love對(duì)其解進(jìn)行了推廣。1852年:Lame明確地提出了標(biāo)量勢(shì)和矢量勢(shì)的概念,指出一般的彈性動(dòng)力位移場(chǎng)可表示為一個(gè)標(biāo)量勢(shì)函數(shù)的梯度和一個(gè)矢量勢(shì)函數(shù)的旋度之和。且這兩個(gè)勢(shì)函數(shù)滿足兩個(gè)非耦合的波動(dòng)力方程,分別具有膨脹波和等容積波的傳播速度。1863年:Clebsch最早分析了球形類(lèi)雜物引起的彈性波散射現(xiàn)象。早期沒(méi)人注意,到上世紀(jì)50年代后,地下爆炸等軍工引起重視。第58頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一1877年:Christoffel討論了間斷面?zhèn)鞑サ膯?wèn)題。1882年:Kirchnoff得到了由非齊次波動(dòng)方程支配的勢(shì)的積分表達(dá)式,這時(shí)對(duì)于各向同性的、均勻的無(wú)限彈性介質(zhì)中波的研究已有相當(dāng)完善。1883年,Boussinesq和Saint-Venant開(kāi)始用應(yīng)力波傳播的概念來(lái)處理碰撞問(wèn)題,二者分別討論了重塊對(duì)直桿的撞擊和兩直桿的對(duì)撞問(wèn)題。此后六十年中,由于當(dāng)時(shí)的力學(xué)只擅長(zhǎng)于求解線性問(wèn)題,對(duì)實(shí)際中強(qiáng)烈撞擊引起的塑性變形還很難處理,因此除了解法的改進(jìn)之外,幾乎沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。1886年,Newton提出了碰撞運(yùn)動(dòng)定律和恢復(fù)系數(shù)概念。1886年,Bernoulli研究了彈性桿在縱向運(yùn)動(dòng)條件下的振動(dòng)問(wèn)題。第59頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一1887年:Rayleigh重大發(fā)現(xiàn)--Rayleigh面波。它以略小于等容積波速的速度沿界面?zhèn)鞑?,他在研究具有自由表面的彈性半空間的波動(dòng)問(wèn)題中起著極為重要的作用。1899年:Knott首先研究了波在兩個(gè)彈性半空間交界面處的反射與抑射問(wèn)題。膨脹波和等容積波在界面處可能存在轉(zhuǎn)型,也可能產(chǎn)生一種交界面波:Stonely面波。在一個(gè)彈性半空間表面具有覆蓋層時(shí),則在層內(nèi)除了有Rayleigh型的面波存在外,還可能存在另外一種Love面波。這種波質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向平行于介面。由于覆蓋層的厚度這個(gè)特征尺寸引入到問(wèn)題中來(lái),使Love波具有幾何彌散效應(yīng)。1900年,Oldham在地震記錄中識(shí)別出彈性波、塑性波和表面波三種波的存在,為地震學(xué)找到了有力的理論研究工具。第60頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一1904年:Lamb研究了表面源于埋入源產(chǎn)生的擾動(dòng)傳播問(wèn)題。指出隨著擾動(dòng)源距離的增加,Rayleigh面波將不斷增加它的優(yōu)勢(shì)。1906年,Rayleigh首先考慮了圓桿縱向運(yùn)動(dòng)的橫向慣性效應(yīng)。1912~1914年Hopkinson最早研究了塑性波的傳播問(wèn)題,此外還觀察到一種很有意義的痂片現(xiàn)象,即后來(lái)被稱(chēng)為層裂(spallation)現(xiàn)象,并利用一維彈性波理論設(shè)計(jì)了材料動(dòng)態(tài)性能測(cè)試裝置——HPB。第61頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一1930年,Donnell最早系統(tǒng)地研究了塑性波問(wèn)題。他所研究的材料是線彈性-線性硬化應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系,并預(yù)測(cè)出有兩種性質(zhì)不同的波陣面,分別具有各自不同的特征速度,取決于彈性區(qū)和塑性區(qū)各自的模量:E
和E1。
Donnell的研究是建立于雙線性彈性材料的假設(shè)和應(yīng)變率無(wú)關(guān)假設(shè)基礎(chǔ)之上,實(shí)際上相當(dāng)于桿中彈性波傳播概念的進(jìn)一步擴(kuò)展。1940年,英國(guó)的G.I.Taylor,1942年美國(guó)的Von-karman,1945年蘇聯(lián)的рахаматулин各自獨(dú)立建立了桿中一維塑性波理論,研究了一維彈塑性加載波和卸載波理論。他們所研究的材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線是下凹的(線彈性-遞減硬化材料)第62頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一1940~1948年,Rice、Mcqueen和Walsh對(duì)流體動(dòng)力學(xué)中有關(guān)沖擊波的研究推廣到高壓固體,發(fā)展了固體沖擊波理論(流體動(dòng)力學(xué)近似),并進(jìn)一步將該理論推廣到中等壓力以下,從而建立并發(fā)展了一維應(yīng)變塑性波理論(流體彈塑性近似)。1948年,White、Griffis分析了具有上凹形狀的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的材料(遞增硬化材料),認(rèn)為這種材料必然會(huì)導(dǎo)致沖擊波陣面的形成。1948年,Taylor提出了剛塑性彈垂直撞擊靶板的變形理論、彈體材料屈服強(qiáng)度的測(cè)定方法,以及彈塑性擴(kuò)孔理論。1948年,Соколовский,1951年Malvern等提出彈粘塑性波一維理論,從而應(yīng)力波理論發(fā)展了應(yīng)變率相關(guān)的理論。第63頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一1951年,Malvern討論了一維粘塑性波即與應(yīng)變率相關(guān)的模型。Lee(1952)分析了具有塑性卸載的應(yīng)力或速度邊界條件下,材料中波的傳播問(wèn)題。研究對(duì)象為一半無(wú)限長(zhǎng)應(yīng)變率無(wú)關(guān)材料桿(線彈性-遞減硬化材料),恒定外載持續(xù)時(shí)間為T(mén),然后突然卸載到零。1952年,F(xiàn)reiberger進(jìn)一步發(fā)展了靶板塑性動(dòng)力學(xué)理論。1953年,E.H.Lee,1968年Clifton,1968~1971年丁啟財(cái),通過(guò)不斷的研究,將一維應(yīng)力和一維應(yīng)變中的問(wèn)題解決得較為完備了。第64頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一1954年,Kolsky對(duì)HPB作了改進(jìn),設(shè)計(jì)了SHPB。1958年,Zaid和Bodner研究了薄板擊穿的花瓣動(dòng)量理論。1959年,Morland對(duì)彈性和塑性波的傳播和沖擊波的形成進(jìn)行了系統(tǒng)研究,給出了線性-遞增硬化材料在一維應(yīng)變情況下的彈塑性本構(gòu)方程。1963年,Perzyna將彈粘塑性波理論發(fā)展到三維情況。Wilkins(1964)、Hopkinson(1966)、Herrmann(1969,1973,1976),以及Nunziato(1973)對(duì)一維應(yīng)變波傳播中的粘塑性行為進(jìn)行了深入的研究。第65頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一1974年,Awebuch和Bodner提出了既適用于薄板也適用于中厚板的多階段擠鑿機(jī)理的塑性力學(xué)理論。Clifton(1974)和Davison(1977)討論了適用于對(duì)一維應(yīng)變問(wèn)題的連續(xù)介質(zhì)塑性理論。Davison和Graham(1979)出版的著作對(duì)固體的沖擊壓縮響應(yīng)問(wèn)題的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了詳細(xì)評(píng)述,包括對(duì)塑性效應(yīng)的處理。1989年,Eftis、Kotoul等分別用不同的本構(gòu)模型對(duì)韌性材料和脆性材料中裂紋生長(zhǎng)至層裂的過(guò)程進(jìn)行了計(jì)算和實(shí)驗(yàn)比較研究。
第66頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一
國(guó)內(nèi)從上世紀(jì)世紀(jì)六十年代開(kāi)始,對(duì)板殼的撞擊穿孔、圓管殼體內(nèi)部爆炸的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)等方面進(jìn)行了廣泛的研究。上世紀(jì)八十年代,朱兆祥、王禮立、楊桂通、段祝平、鄭哲敏等著名學(xué)者各自對(duì)固體中應(yīng)力波理論、塑性動(dòng)力學(xué)理論、金屬在高應(yīng)變率下的動(dòng)力學(xué)性能,以及流體彈塑性體模型及其在核爆炸和穿甲方面的應(yīng)用,還有材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能進(jìn)行了深入的研究。第67頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一北京大學(xué)王仁教授對(duì)動(dòng)態(tài)屈曲和高速撞擊進(jìn)行了研究。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)力學(xué)與機(jī)械工程系長(zhǎng)期對(duì)應(yīng)力波引起的層裂、彈塑性邊界的傳播,以及金屬和高分子材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能進(jìn)行了研究。北京理工大學(xué)張慶明教授針對(duì)航天器的安全防護(hù)問(wèn)題,對(duì)不同介質(zhì)和結(jié)構(gòu)超高速碰撞問(wèn)題進(jìn)行了深入研究。第68頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一當(dāng)前的彈塑性波研究發(fā)展趨勢(shì):進(jìn)一步由一維理論向二維、三維理論發(fā)展。由一維應(yīng)力加載向復(fù)合加載條件下應(yīng)力波研究發(fā)展。由小變形應(yīng)力波理論向大變形的應(yīng)力波理論發(fā)展。由應(yīng)變率無(wú)關(guān)理論向應(yīng)變率相關(guān)理論發(fā)展。由不考慮損傷到計(jì)及損傷累積效果。由純力學(xué)向熱-力學(xué)耦合的應(yīng)力波研究發(fā)展。由各向同性介質(zhì)向各向異性介質(zhì)和復(fù)合材料研究發(fā)展。第69頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一當(dāng)前的彈塑性波研究發(fā)展趨勢(shì):研究波與材料本構(gòu)間的關(guān)系。細(xì)觀力學(xué)和材料科學(xué)結(jié)合,研究材料細(xì)觀結(jié)構(gòu)對(duì)波的影響,反過(guò)來(lái)指導(dǎo)材料設(shè)計(jì)。研究波引起的失效和破壞的機(jī)理及其實(shí)際意義。與實(shí)驗(yàn)力學(xué)相結(jié)合,推動(dòng)無(wú)損檢測(cè)、無(wú)損評(píng)估的發(fā)展、成為新技術(shù)、新方法、新原理的重要源泉。動(dòng)力學(xué)軟件快速發(fā)展,發(fā)展新的數(shù)學(xué)解析方法和數(shù)值計(jì)算方法。高新動(dòng)態(tài)力學(xué)實(shí)驗(yàn)手段與檢測(cè)技術(shù)被更廣泛地應(yīng)用。第70頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一1-4塑性力學(xué)與波動(dòng)理論(力學(xué)學(xué)科發(fā)展專(zhuān)題研究報(bào)告)1-4-1塑性力學(xué)(黃筑平—北大,余同?!愀劭拼螅┧苄粤W(xué)是研究當(dāng)材料和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生塑性變形時(shí)的力學(xué)行為的一門(mén)學(xué)科,它是固體力學(xué)的一個(gè)重要分支。塑性力學(xué)不僅是斷裂力學(xué)、損傷力學(xué)等許多研究領(lǐng)域的理論基礎(chǔ),而且在許多工程實(shí)際問(wèn)題中有重要的應(yīng)用。第71頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一彈塑性本構(gòu)關(guān)系塑性動(dòng)力學(xué)塑性加工成形塑性力學(xué)第72頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一(一)彈塑性本構(gòu)關(guān)系彈塑性本構(gòu)關(guān)系始終是塑性力學(xué)的熱點(diǎn)研究課題之一。原因:(1)新型材料的不斷出現(xiàn),需要對(duì)這些材料的力學(xué)行為進(jìn)行深入的研究;(2)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和數(shù)值計(jì)算方法的不斷改進(jìn),已有可能對(duì)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力-應(yīng)變進(jìn)行更為精確的分析,這就需要對(duì)材料在彈塑性變形過(guò)程中的力學(xué)行為予以更為準(zhǔn)確的描述。第73頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一(a)計(jì)及尺度效應(yīng)的本構(gòu)理論隨著微-納米技術(shù)的發(fā)展,材料在微米和納米尺度下的力學(xué)行為的研究已愈來(lái)愈受到人們的重視。實(shí)驗(yàn)表明,當(dāng)復(fù)合材料中的顆粒尺寸或結(jié)構(gòu)的尺寸小到微-納米量級(jí)時(shí),材料或結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為表現(xiàn)出強(qiáng)烈的尺度效應(yīng),如微米尺寸碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料、微米厚度鋁梁的彎曲以及微機(jī)電系統(tǒng)中“數(shù)字微鏡器件”的變形失效問(wèn)題。經(jīng)典塑性理論無(wú)法解釋上述的尺度效應(yīng),為此,人們相繼提出了幾種不同的廣義連續(xù)介質(zhì)理論。第74頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一第一種:高階連續(xù)介質(zhì)理論該理論是對(duì)Cosserat兄弟理論的進(jìn)一步發(fā)展,認(rèn)為宏觀物質(zhì)單元是有微觀結(jié)構(gòu)的。連續(xù)介質(zhì)的變形不僅需要考慮該物質(zhì)單元質(zhì)心的運(yùn)動(dòng),而且還需要考慮相應(yīng)微結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)和變形,如微態(tài)理論、微極理論等。這相當(dāng)?shù)孛枋霾牧献冃螘r(shí)增加了自由度,以及相應(yīng)的對(duì)偶變量,因此要在不同尺度層次上來(lái)描述表征材料的性質(zhì)。我國(guó)學(xué)者發(fā)展了預(yù)測(cè)非均質(zhì)高階連續(xù)介質(zhì)宏觀有效性質(zhì)的細(xì)觀力學(xué)方法。第75頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一第二種:應(yīng)變梯度理論如CS應(yīng)變梯度塑性理論、SG應(yīng)變梯度塑性理論、MSG應(yīng)變梯度塑性理論、CMSG應(yīng)變梯度塑性理論,等等該理論是引進(jìn)變形量的空間高階導(dǎo)數(shù)。在這一領(lǐng)域中,我國(guó)學(xué)者的研究工作比較活躍,不僅在理論上有所發(fā)展,而且還將其應(yīng)用于裂紋擴(kuò)展、納米壓痕和孔洞增長(zhǎng)等實(shí)際問(wèn)題的計(jì)算中。在微、納米尺度下,表面/界面效應(yīng)將對(duì)材料和結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為有重要影響,這已成為國(guó)際學(xué)術(shù)界的熱點(diǎn)研究課題之一。我國(guó)學(xué)者成果:對(duì)Shuttleworth的表面/界面本構(gòu)方程進(jìn)行了推廣;首次給出了有限變形下的表面/界面本構(gòu)關(guān)系;還在細(xì)觀塑性力學(xué)、積分型本構(gòu)關(guān)系以及材料在循環(huán)載荷下的塑性行為研究等方面取得了一系列研究成果。第76頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一(b)有限變形粘彈性本構(gòu)理論為了描述高聚物材料力學(xué)性能的溫度相關(guān)性和加載速率相關(guān)性,以及生物材料的大變形特征,有必要發(fā)展有限變形下的粘彈性本構(gòu)關(guān)系,這在高分子材料科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程等許多領(lǐng)域中都有重要意義。生物材料力學(xué)性能的描述涉及到力學(xué)、生物、化學(xué)過(guò)程,是多種學(xué)科的交叉。國(guó)際上已開(kāi)始關(guān)注這一課題的研究。我國(guó)在這一方面雖然也有一些工作,但總體來(lái)講,這一課題的研究還相當(dāng)薄弱。第77頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一(c)有限變形彈塑性本構(gòu)理論有限變形下的彈塑性本構(gòu)理論是當(dāng)前塑性力學(xué)中的重要研究課題之一。我國(guó)學(xué)者在這一領(lǐng)域中也開(kāi)展了相應(yīng)的研究工作,如基于熵-應(yīng)變空間中的一個(gè)準(zhǔn)熱力學(xué)公式,給出了熵-應(yīng)變空間及其相對(duì)偶的溫度-應(yīng)力空間中的有限變形熱彈塑性本構(gòu)關(guān)系,并討論了應(yīng)變度量或參考構(gòu)形改變時(shí)的不變性關(guān)系。給出了基于擬流動(dòng)角點(diǎn)理論的塑性本構(gòu)關(guān)系,并用于板料成形的數(shù)值計(jì)算中??偟膩?lái)講,無(wú)論是國(guó)外還是國(guó)內(nèi),還都沒(méi)有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)和公認(rèn)的理論,有必要從材料的微觀變形機(jī)制出發(fā)對(duì)其做更為深入的研究。第78頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一(二)塑性動(dòng)力學(xué)塑性動(dòng)力學(xué)包括:在高應(yīng)變率下材料的動(dòng)態(tài)本構(gòu)關(guān)系應(yīng)力波的傳播結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力屈曲和失效材料的動(dòng)態(tài)損傷、失效和變形局部化沖擊載荷下材料和結(jié)構(gòu)的能量吸收機(jī)理第79頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一我國(guó)學(xué)者在這一領(lǐng)域取得了一系列可喜的研究成果。例如:發(fā)現(xiàn)了彈塑性動(dòng)力響應(yīng)中的“反?,F(xiàn)象”;給出了關(guān)于結(jié)構(gòu)最終位移的新的下限定理;給出了剛塑性動(dòng)力學(xué)的間斷定理;提出了受軸向沖擊圓柱殼屈曲的第二臨界速度的概念,等等。在高溫、高壓和高應(yīng)變率條件下材料動(dòng)態(tài)本構(gòu)關(guān)系和動(dòng)態(tài)失效的研究在我國(guó)還需要加強(qiáng)。(1)具有很強(qiáng)的軍事應(yīng)用背景,而國(guó)外的資料是保密的;(2)實(shí)驗(yàn)和理論研究的難度較大。從我國(guó)國(guó)防需求來(lái)說(shuō),加強(qiáng)對(duì)材料動(dòng)態(tài)本構(gòu)關(guān)系和動(dòng)態(tài)失效機(jī)理研究十分必要。第80頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一(三)塑性加工成型塑性力學(xué)有廣闊的工程應(yīng)用背景,其中典型的例子就是塑性加工成形。兩大類(lèi):(1)以板成形為特征的沖壓成形,(2)以體成形為特征的鍛壓成形。在板料成形方面,我國(guó)學(xué)者除少量的工作是基于簡(jiǎn)化模型的分析外,大部分工作是進(jìn)行數(shù)值模擬。由于成形過(guò)程涉及到幾何大變形、材料的物理非線性和邊界摩擦等多重非線性效應(yīng),問(wèn)題本身十分復(fù)雜,因此,采用計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真技術(shù)是解決塑性加工成形過(guò)程中力學(xué)問(wèn)題的重要手段之一。第81頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一鍛壓成形可分為冷鍛和熱鍛兩類(lèi)。高溫鍛造的過(guò)程不僅在宏觀上表現(xiàn)為率相關(guān)性等力學(xué)特征,而且還伴有動(dòng)態(tài)回復(fù)、動(dòng)態(tài)再結(jié)晶、動(dòng)態(tài)晶粒長(zhǎng)大等多種微觀組織變化的機(jī)制。研究高溫鍛造過(guò)程的物理特征以及相應(yīng)的熱塑性本構(gòu)關(guān)系將是塑性力學(xué)、金屬學(xué)和機(jī)械制造學(xué)所共同關(guān)心的課題。第82頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一1-4-2波動(dòng)理論(楊嘉陵—北航)(一)學(xué)科內(nèi)容波動(dòng)理論是以奇異面為基礎(chǔ)研究波在連續(xù)介質(zhì)中傳播的理論。根據(jù)材料本構(gòu)關(guān)系與應(yīng)變率是否相關(guān),可以將波動(dòng)理論分為應(yīng)變率無(wú)關(guān)理論和應(yīng)變率相關(guān)理論。根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系,又可以分為線彈性波、非線性彈性波、塑性波、粘彈性波、粘彈塑性波理論等第83頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一(二)研究現(xiàn)狀波動(dòng)理論研究涉及國(guó)防、傳感、生物醫(yī)學(xué)等很多領(lǐng)域。盡管波動(dòng)理論體系已經(jīng)較為成熟,但近年來(lái),隨著新技術(shù)的需求和研究手段的不斷提高,特別是新材料、耦合場(chǎng)、微型化等一些力學(xué)熱點(diǎn)問(wèn)題的蓬勃發(fā)展,波動(dòng)研究領(lǐng)域也取得了許多進(jìn)展。第84頁(yè),共96頁(yè),2023年,2月20日,星期一隨著各應(yīng)用領(lǐng)域低能耗、高安全性的要求,與之密切相關(guān)的波的衍射的研究近年來(lái)比較多。在利用波函數(shù)展開(kāi)法、奇異積分方程、Green函數(shù)、復(fù)變函數(shù)等理論方法研究周期分布矩形缺陷、球形粒子和橢圓夾雜
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