沖擊動力學小結(jié)

沖擊動力學學習小結(jié)學生：胡桂寶學號：2009200109沖擊動力學是固體力學的一個分支，它涉及物理、化學和材料科學等多種學科，主要研究固體或結(jié)構(gòu)在瞬變、動載荷作用下的運動、變形和破壞規(guī)律。沖擊荷載是指外載荷隨時間迅速變化的載荷。當物體的局部位置受到?jīng)_擊時，這種擾動就會逐漸傳播到未擾動的區(qū)域去，這種現(xiàn)象稱為應力波的傳播。載荷作用時間短，即荷載變化快，且受力物體的加載方向的尺寸又足夠大時，這種應力波的傳播就顯得特別重要。在這種情況下，材料對外載荷的動態(tài)響應必須通過應力波來研究。對于薄板、薄殼以及梁、拱這樣一類結(jié)構(gòu)，在最小尺寸方向上作用外載時，應力波在這個方向上傳播的時間比在外載荷作用的時間要短很多，因此應力波在其中來回反射多次后應力趨于均勻化，結(jié)構(gòu)的動態(tài)響應主要表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的變形并且隨時間而發(fā)展，最終引起結(jié)構(gòu)的斷裂、貫穿或破壞。這類問題稱為結(jié)構(gòu)動態(tài)響應。應力波的傳播和結(jié)構(gòu)動態(tài)響應是沖擊動力學的兩類基本問題，前者研究物體局部擾動及其傳播問題，它將動態(tài)響應作為一個過程來研究；后者忽略擾動傳播過程，直接研究結(jié)構(gòu)的變形、斷裂及其與時間的關系。材料的力學性能往往與應變率有關，一般來說，準靜態(tài)試驗的應變率為10-5—10-1S-1量級，而沖擊試驗的應變率范圍是102—104S-1，甚至達到106S-1。隨著應變率的提高，材料的屈服極限、強度極限提高，延伸率降低、屈服滯后和斷裂滯后。材料在沖擊載荷下的力學響應與靜載不同的另一個原因是材料本構(gòu)關系和應變率的相關性。由一點的擾動就由近及遠地傳播出去不斷擴大其影響，這種擾動的傳播現(xiàn)象就是應力波。固體中的應力波通常分為縱波和橫波兩大類，其中縱波包括壓縮波和拉伸波。壓縮波的傳播有一個特點，即擾動引起的介質(zhì)質(zhì)點的運動方向和波的傳播方向一致，而拉伸波波后介質(zhì)質(zhì)點的運動方向和波的傳播方向相反。在介質(zhì)中已擾動的區(qū)域和擾動還未波及的區(qū)域之間的界面就是應力波的波陣面。擾動在介質(zhì)中的傳播顯示波陣面的前進。波的傳播方向指的就是波陣面的推進方向。以平面波陣面為例，存在著兩種類型的波陣面：間斷波波陣面一一波陣面前方微團和后方微團的狀態(tài)參量之間有一個有限的差值，使得狀態(tài)參量沿著波的傳播途徑上的分布在波陣面上出現(xiàn)一個無限大的陡度，在數(shù)學上把這種間斷叫做強間斷；連續(xù)波波陣面一一波陣面前后方的狀態(tài)參量的差值為無限小，或者說狀態(tài)參量沿著波的傳播途徑上的分布是連續(xù)的。間斷波和連續(xù)波是兩種在表現(xiàn)形式上完全不同的波陣面，但是它們之間又相互聯(lián)系，在一點條件下可以相互轉(zhuǎn)化，在應力波的傳播過程中，間斷波會在一定條件下轉(zhuǎn)化為連續(xù)波，連續(xù)波也會在一定條件下轉(zhuǎn)化為間斷波。描述應力波在桿中傳播時，先要選定坐標系統(tǒng)?？梢圆捎脙煞N不同的坐標，即歐拉坐標和拉格朗日坐標。歐拉坐標又稱空間坐標，這個坐標系是在空間中取和介質(zhì)無關的不同物體作為參照對象，據(jù)此來描述物質(zhì)和波陣面在空間中的運動情況。對于一維桿而言，可以有無數(shù)個截面，對應于這些截面有一系列的變量，它們的總體就構(gòu)成物質(zhì)坐標系。沖擊動力學的發(fā)展簡史：沖擊動力學是隨著力學的發(fā)展而建立起來的。彈性碰撞的研究最早經(jīng)歷了一個發(fā)展時期。開始研究碰撞定律時，把物體當作剛體處理再加上計及能量損失的相關因子。1886年Newton提出了碰撞運動定律和恢復系數(shù)概念，隨后Bernoulli研究了彈性桿在縱向運動條件下的振動問題。由于研究碰撞問題產(chǎn)生了應力波理論，Rayleigh首先考慮了圓桿縱向運動的橫向慣性效應，1912-1914年Hopkinson最早研究了塑性波的傳播，利用一維彈塑形波理論設計了材料動態(tài)性能測試儀 霍布金生壓桿。后來Kolsky對其作了改進，成為分離式壓桿，不久又出現(xiàn)了扭桿裝置。第二次世界大戰(zhàn)以來，由于軍事工業(yè)發(fā)展的刺激，塑形動力學獲得了新的發(fā)展。19世紀初，裝甲侵徹、穿甲方面的研究還停留在試驗工作方面。第二次世界大戰(zhàn)以后進入了理論分析發(fā)展時期，尤其是1948年Taylor提出了剛塑性彈垂直撞擊靶板的變形理論、彈性材料動屈服強度測定以及彈塑性擴孔理論，把沖擊動力學的發(fā)展推進到了一個新時期。從60年代起，我國對板殼的撞擊穿孔、圓管殼內(nèi)部爆炸的結(jié)構(gòu)動態(tài)響應等方面進行了廣泛的研究。隨著現(xiàn)代化建設的發(fā)展，沖擊動力學必將在我國的工程技術、國防建設、科學研究等各個領域里得到進一步的發(fā)展。固體中的應力波通常分為兩種：縱波和橫波?？v波包括壓縮波和拉伸波。壓縮波的轉(zhuǎn)播有一個特點，即擾動引起的介質(zhì)質(zhì)點的運動方向和波的傳播方向相反。此外，也還有介質(zhì)質(zhì)點的縱向運動和橫向運動結(jié)合起來的應力波，例如彈性介質(zhì)中的表面波，彈性介質(zhì)中的耦合波等，他們的情況就更復雜了。在介質(zhì)中已經(jīng)擾動的區(qū)域和擾動還未波及的區(qū)域之間的界面就是應力波的波陣面。波的傳播方向指的是應力波波陣面的推進方向。研究波的傳播規(guī)律就是分析波陣面狀態(tài)參量的變化關系。為簡單起見，我們只討論波陣面的平面的情況，一平面波陣面為例，存在兩種類型的波陣面：1） 間斷波波陣面：波陣面前方微團和后方微團的狀態(tài)參量之間有一個有限的差值，使得狀態(tài)參量沿著波的傳播途徑上的分布在波