具体描述
《浅水中爆炸及其破坏效应》系统地论述了浅水中爆炸及其破坏效应的相关内容，主要包括：水下爆炸研究的发展概况、浅水中爆炸冲击波理论、水下爆炸冲击波的边界效应、空化的形成、水下爆炸参数量测技术、水下爆炸数值模拟研究、浅水中爆炸破坏效应等多方面内容。书中包括了作者以及合作者近年来所获得的部分研究成果，相对于过去水下爆炸方面的出版物而言，《浅水中爆炸及其破坏效应》的针对性更强，它着力阐述了浅水中爆炸作用研究的新方法、新认识、新进展和新方向。书中还特别对浅水中爆炸毁伤混凝土试件进行了理论，数值计算和试验研究，尤其是试验结果具有很强的参考价值。在强调基础理论和系统性的同时，着重反映了该领域的最新热点研究成果。
《浅水中爆炸及其破坏效应》可供有关工程技术人员阅读，尤其适合于爆炸理论，武器弹药设计等领域的研究人员，也可以作为高等院校相关专业高年级学生及研究生的教材。
《浅水中爆炸及其破坏效应》 引言 水，作为生命之源，在自然界和人类活动中扮演着至关重要的角色。然而，当能量以爆炸形式在水中释放时，其潜在的破坏力足以改变地貌，摧毁结构，并对生态系统造成深远影响。本书《浅水中爆炸及其破坏效应》便致力于深入探索这一复杂而引人入胜的现象。我们并非仅仅停留在表面观察，而是要剖析其背后的物理原理，量化其能量传递机制，并详细阐述其在各种场景下的破坏后果。从军事应用到工程灾难，从地质活动到水下考古，浅水爆炸及其效应无处不在，其研究对于风险评估、安全防护以及资源开发都具有不可估量的价值。 第一章：浅水爆炸的物理基础 本章将从最基本的物理原理出发，构建理解浅水爆炸的理论框架。我们将首先回顾爆炸物在水中发生反应的基本过程，探讨其能量释放的初始阶段，包括燃烧、相变以及气体膨胀等关键环节。随后，重点将转移到能量在水介质中的传播。我们将详细介绍爆炸产生的高压冲击波在水中是如何形成和传播的，并深入分析不同介质（如海水、淡水、泥沙混合水体）对冲击波传播速度、衰减特性以及形状的影响。 特别地，我们将着重探讨“浅水”这一环境条件带来的独特性。在深水中，冲击波的传播相对自由，而浅水中，水的深度限制、水底的相互作用以及海面反射等因素，将极大地改变冲击波的形成和演化过程。我们将详细解析波的几何扩散、反射、折射以及衍射现象，并重点阐述浅水区域中，冲击波可能形成的复杂叠加效应，例如“界面效应”或“底部效应”，这些效应往往会显著增强或改变冲击波的破坏力。 为了更直观地理解这些物理过程，本章还将引入相关的数学模型和计算方法。我们将介绍描述爆炸源特性、冲击波产生与传播的控制方程，并简要讨论数值模拟在研究复杂爆炸场景中的应用。虽然本书的重点不在于深入的数学推导，但提供基础的理论工具将有助于读者更准确地把握爆炸的本质。 第二章：浅水爆炸产生的冲击波特性 在奠定了物理基础之后，本章将聚焦于浅水爆炸产生的冲击波的具体特性。我们将详细描述冲击波的结构，包括其核心的高压锋面、随后的压力下降以及最终恢复到环境压力的过程。通过实验数据和理论模型，我们将量化冲击波的峰值压力、作用时间和压力梯度，并分析这些参数如何受到爆炸当量、爆炸深度（相对于水深）、水底类型以及水体密度等因素的影响。 我们还将深入探讨冲击波在水底的相互作用。冲击波在撞击水底时会产生反射和透射，并在底部产生额外的压力载荷，这对水底结构（如海底管道、桩基）的破坏至关重要。我们将分析不同水底材质（如岩石、泥沙、粘土）对冲击波反射特性的影响，以及泥沙液化等非线性效应在承受冲击波作用时的表现。 此外，本章还将讨论伴随冲击波产生的其他重要水动力现象，例如水柱（jet）的形成和发展，以及气泡脉动（bubble pulsation）对周围环境的影响。浅水环境可能导致气泡的形状和运动发生显著变化，从而影响其能量的释放模式和破坏范围。我们将分析这些二次效应如何与冲击波协同作用，共同构成浅水爆炸的整体破坏过程。 第三章：浅水爆炸对不同目标的破坏效应 本章将从理论分析走向实际应用，详细阐述浅水爆炸对各种目标的破坏效应。我们将首先关注水下结构物，包括但不限于： 海底管线和电缆： 爆炸冲击波可能导致管线和电缆发生变形、破裂，甚至被炸断。我们将分析冲击波压力、底部压力以及可能的泥沙液化对管线完整性的影响，并探讨保护策略。 码头、桥墩和近岸结构： 靠近岸边的爆炸可能对这些结构造成严重损坏，包括混凝土剥落、钢筋屈曲以及整体结构的失稳。我们将分析冲击波和水流对这些结构产生的载荷。 水下设备和仪器： 各种水下监测设备、通信设备以及科学考察仪器，都可能在浅水爆炸的冲击下失效。我们将分析爆炸对这些精密设备的直接和间接破坏。 接着，我们将审视爆炸对水体本身的影响。浅水爆炸会产生剧烈的水体扰动，形成强大的水流和漩涡，可能导致： 沉积物悬浮和扩散： 爆炸会搅动海底沉积物，导致浑浊水体扩散，影响水质和水下能见度，对海洋生物造成直接威胁。 海床地形改变： 强烈的爆炸能量可能导致海底被掏空、隆起，甚至形成弹坑，永久改变局部海床地形。 最后，我们将探讨爆炸对海洋生态系统的冲击。浅水爆炸产生的冲击波和水流会对海洋生物产生直接伤害，例如： 鱼类和无脊椎动物的死亡和受伤： 冲击波的压力和机械作用可能导致鱼鳔破裂、内脏损伤，甚至直接死亡。 底栖生物的破坏： 爆炸对海底的扰动会摧毁底栖生物的栖息地，导致物种数量锐减。 海洋哺乳动物和海鸟的潜在影响： 虽然直接影响可能较小，但爆炸产生的噪音和水体扰动可能干扰它们的行为。 第四章：浅水爆炸的评估与防护 了解了浅水爆炸的破坏效应，本章将转向如何评估和防护这些潜在威胁。我们将介绍用于评估浅水爆炸风险的方法和工具。这包括： 爆炸效应预测模型： 介绍现有的数值模型和经验公式，用于预测不同爆炸场景下的冲击波压力、作用时间和破坏范围。 风险评估框架： 探讨如何将爆炸效应预测结果与目标物的脆弱性相结合，从而进行全面的风险评估。 现场测试与监测技术： 介绍用于测量和记录浅水爆炸效应的传感器技术和数据采集系统。 在此基础上，本章将深入探讨各种防护和减缓措施，包括： 结构加固与设计： 针对易受攻击的水下结构，介绍如何通过优化设计、采用更坚固的材料以及增加防护层来提高其抗爆能力。 爆炸源控制与管理： 对于已知或潜在的爆炸源（如水下军事演习、意外的化学反应），探讨如何通过优化引爆位置、控制爆炸当量以及采取隔离措施来降低其破坏性。 水下屏障与吸能结构： 介绍利用物理屏障、充气式结构或吸能材料来削弱冲击波能量的原理和应用。 生态保护措施： 探讨在可能发生浅水爆炸的区域，如何通过提前预警、限制活动范围以及采取生态修复措施来最小化对海洋生态系统的损害。 结论 《浅水中爆炸及其破坏效应》的写作，旨在为读者提供一个系统、深入且实用的知识体系。通过对浅水爆炸物理原理的剖析，对冲击波特性的量化，对破坏效应的细致描绘，以及对评估与防护策略的探讨，我们希望能够帮助相关领域的专业人士（包括工程师、海洋科学家、军事战略家、环境评估师等）更好地理解这一现象，从而做出更明智的决策，减少潜在风险，保护人类财产和珍贵的海洋环境。本书的研究成果，将为更安全、更可持续地开发和利用水下空间提供重要的理论支持和实践指导。
作者简介
目录信息
第1章 绪论 1.1 水下爆炸问题研究的意义 1.2 水下爆炸问题的国内外研究现状 1.2.1 水下爆破技术的发展概述 1.2.2 水下爆破理论研究现状 1.3 水下爆炸问题研究的发展趋势 1.4 水下爆炸问题研究的基本方法 1.4.1 水下爆炸的数值模拟 1.4.2 水下爆炸的测试技术 1.4.3 水下爆炸试验与实践 1.5 目前存在的问题与难点 1.5.1 浅层水中爆炸的界面效应 1.5.2 水下爆炸的毁伤效应 1.5.3 作用目标的动态响应问题 参考文献第2章 水下爆炸现象 2.1 水下爆炸的基本现象 2.1.1 水下冲击波的形成及其特点 2.1.2 水面上的现象 2.2 水下爆炸的气泡现象及运动 2.3 水下冲击波的初始参数 2.4 水下爆炸的边界效应 2.4.1 冲击波自由水面规则反射与无规则反射 2.4.2 自由水面对冲击波影响的线性理论 2.4.3 水底对冲击波影响的线性理论 2.4.4 浅层水中爆炸的界面影响 参考文献第3章 浅水中爆炸冲击波理论 3.1 浅水爆炸 3.1.1 浅水爆炸参数 3.1.2 初始条件的评估 3.1.3 空化形成 3.1.4 临界深度的上限与下限 3.2 冲击波水面反射原理 3.2.1 冲击波在自由水面线性反射 3.2.2 水下冲击波在自由水面的非线性反射 3.3 浅水中爆炸流体动力学方法 3.3.1 浅水爆炸相似性分析 3.3.2 可压缩动力学阶段 3.3.3 不可压缩流体动力学阶段 3.3.4 势流法 3.3.5 流行的理论方法 3.3.6 线性波场的研究工作简介 3.3.7 透过线性波理论看水中爆炸波的主要物理特点 参考文献第4章 水下爆炸气泡运动 4.1 运动的一般性质 4.2 不可压缩和无重流体的径向运动 4.3 气泡在重力作用下的运动 4.3.1 能量和动量方程式 4.3.2 泰勒方程式的无因次形式 4.3.3 不考虑内能影响所得的结果 4.4 可压缩性和非圆球性对气泡运动的影响 4.4.1 可压缩性的影响 4.4.2 重力的影响 4.4.3 气泡形状的变化 4.5 边界面的影响、映像法 4.5.1 流体动力源 4.5.2 用于刚性边界的映像法 4.5.3 在自由表面和刚性底情况下的近似解 4.6 边界面附近气泡运动的计算 4.6.1 振动周期 4.6.2 最大半径 4.6.3 在重力作用下气泡的位移 4.6.4 表面附近气泡位移的近似公式 参考文献第5章 水下爆炸参数量测 5.1 水下爆炸冲击波 5.1.1 概述 5.1.2 水下爆炸冲击波特征参数的估算 5.2 爆炸冲击波压力量测系统 5.2.1 压电式压力传感器 5.2.2 测量电路的选择(放大器) 5.2.3 记录分析仪 5.3 水下爆炸冲击波测试 5.3.1 水下爆炸冲击波测试系统 5.3.2 水下爆炸冲击波测试技术问题 5.4 传输线与信号不失真传输 5.4.1 均匀传输线简单理论 5.4.2 常用传输线的特征阻抗 5.4.3 传输线的几种匹配方法 5.5 压力传感器及系统的标定 5.5.1 标定激波管 5.5.2 正弦压力发生器 参考文献第6章 水下爆炸数值模拟 6.1 数值软件及数值模型 6.1.1 LS-DYNA软件简介 6.1.2 LS-DYNA软件的基本算法 6.1.3 材料本构模型及状态方程 6.1.4 数值模型的假设和建立 6.2 水下冲击波绕射效应数值模拟 6.2.1 平面冲击波绕射效应的数值分析 6.2.2 柱面冲击波绕射效应的数值分析 6.2.3 球面冲击波绕射效应的数值分析 6.2.4 冲击波反射及绕射效应的几个特征 6.3 浅水中冲击波绕射效应数值模拟 6.3.1 混凝土试件面压力特性 6.3.2 水下冲击波与混凝土试件作用的反射和绕射效应 6.3.3 炸高对绕射效应的影响 参考文献第7章 浅水中装药对混凝土材料的爆炸毁伤效应分析 7.1 混凝土材料的力学性能 7.1.1 混凝土简介 7.1.2 混凝土的原材料 7.1.3 混凝土的制备 7.1.4 混凝土的性能 7.1.5 普通混凝土的结构 7.2 水下爆炸载荷作用下混凝土材料动态响应 7.2.1 混凝土脆性损伤本构 7.2.2 混凝土的损伤机理 7.3 混凝土非线性动力损伤模型 7.3.1 混凝土材料的非线性动力损伤特性 7.3.2 非线性动力损伤模型的基本结构 7.4 集团装药水下爆炸破坏混凝土试件的数值分析 7.5 聚能装药浅水中毁伤效应的数值分析 7.5.1 水介质中聚能战斗部侵彻效应的数值模拟 7.5.2 射弹对混凝土试件侵彻的数值模拟 参考文献第8章 装药浅水中爆炸毁伤混凝土试件试验研究 8.1 引言 8.2 浅水中爆炸毁伤试验方案设计 8.2.1 集团装药浅水中爆炸毁伤混凝土试件 8.2.2 聚能装药浅水中爆炸毁伤混凝土试件 8.3 试验状态与结果 8.3.1 集团装药爆炸毁伤试验结果 8.3.2 聚能装药爆炸毁伤试验结果 8.4 试验结果分析 8.4.1 试验结果的理论分析 8.4.2 试验结果与数值模拟计算结果的对比分析 8.4.3 结论参考文献
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