应力波基础课件.ppt

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1、应力波基础目录第一章绪论第二章一维杆中应力波的初等理论第三章弹性波的相互作用第一章绪论一、高速加载的特点1．静态和动态载荷下物体的力学响应不同1)材料力学实验的要求；2)Hopkinson重物下落实验；3)动载荷下玻璃的破坏——穿洞不裂、背面脱落(层裂)；4)碎甲弹与穿甲弹；第一章绪论一、高速加载的特点1．静态和动态载荷下物体的力学响应不同5)厚壁圆筒在爆炸载荷下的破坏；6)物体静态载荷作用下的均匀变形与高速载荷作用下的不均匀变形。2．静力学理论与动力学理论的区别1)静力学：忽略惯性效应，认为物体各质点同时受力一、高速加载的特点2．静力学理论与动力学理论的区别2)动力学：短历时(ms

2、以下)，不可忽略惯性效应，导致应力波传播。核爆：几ms内中心压力达到107～108大气压(103～104GPa)量级；子弹打击：102～103m/s，历时几十ms，接触面压力达104～105大气压(1～10GPa)量级；波的产生：一质点运动，与周围发生相对变形，带动周围质点运动，由于惯性后质点的运动落后于前质点，扰动逐渐传播出去——波，如抖绳、水波、声波等。第一章绪论一、高速加载的特点2．静力学理论与动力学理论的区别3)波的几个概念波阵面：扰动区域与未扰动区域的界面波速：波阵面传播速度，不是质点运动速度。纵波与横波：波阵面与质点运动方向一致——纵波，波阵面与质点运动方向垂直——横波。

3、波阵面形状：平面波(一维)；柱面波、球面波(二、三维)。波的传播、反射、透射、相互作用第一章绪论一、高速加载的特点3．高应变率材料力学行为的变化1)高速加载——高加载率(高应变率)；2)应变率：物体单位时间内发生的应变，准静态试验10-6~10-2/s，冲击下102～107/s3)高应变率下，材料弹性变形可看成瞬态响应，变化很小，其它非弹性或断裂行为都是应变率相关的，简称率相关力学行为。随应变率提高，材料屈服极限、强度极限提高，延伸率降低，屈服滞后和断裂滞后等。第一章绪论一、高速加载的特点3．高应变率材料力学行为的变化4)热力学机理：静态——等温过程(等温曲线)，高应变率——绝热过程

4、(绝热曲线，热力耦合，如冲击相变)第一章绪论二、应力波研究内容1．应力波研究中的两类问题1)已知材料动态力学性能，在给定外载荷条件下研究介质的运动——应力波传播规律的研究(正问题)。2)借助应力被传播的分析研究材料本身在高应变率下的动态力学性能——材料动态力学性能或本构关系的研究(反问题)。3)问题的矛盾，研究应力波传播基于材料动态力学性能，研究材料动态力学性能需要应力波传播知识(狗咬尾巴)。第一章绪论二、应力波研究内容2．两类理论1)应变率对材料力学性能的影响显著——应变率敏感材料；应变率对材料力学性能的影响不显著——应变率不敏感材料。2)应变率无关理论：近似假定材料本构关系与应变

5、率无关建立的应力波理论，包括线弹性波、非线性弹性波、塑性波理论等。3)应变率相关理论：考虑材料本构关系应变率相关性建立的应力波理论，包括粘弹性波、粘弹塑性波、弹粘塑性波理论。第一章绪论二、应力波研究内容3．应力波的应用1)地震研究；2)工程爆破，爆炸加工，爆炸合成；3)超声波和声发射技术，机械设备的冲击强度，工程结构建筑的动态响应，武器效应；4)微陨石和雨雪冰沙等对飞行器的高速撞击，地球和月球表面的陨星坑的研究；第一章绪论二、应力波研究内容3．应力波的应用5)动态高压下材料力学性能、电磁性能和相变等的研究，材料在高应变率下的力学性能和本构关系的研究，动态断裂的研究，以及高能量密度粒子

6、束如电子束、x射线、激光等对材料的作用的研究。4．本课程讨论的内容一维杆中应力波的初等理论，弹性波，建立SHPB实验的理论基础。第一章绪论第二章一维杆中应力波的初等理论2.1物质坐标和空间坐标2.2物质坐标描述的杆中纵波的控制方程2.3特征线和特征线上相容关系2.4半无限长杆中的弹塑性加载纵波2.6强间断和弱间断，冲击波和连续波2.7波阵面上的守恒条件2.8横向惯性引起的弥散效应2.1物质坐标和空间坐标一、描述质点空间位置的方法1．构形将物体看作由连续质点构成的系统，各质点在一定时刻的相互位置配置1)质点X，空间位置x，由质点得到其空间位置2．描述质点空间位置的两类坐标系固定X——同

7、一质点随时间运动，即其空间位置随时间变化；固定t——同一时间各质点的空间位置；一、描述质点空间位置的方法2)由质点空间位置确定质点2．描述质点空间位置的两类坐标系3)命名质点方法：时刻t0质点空间位置x0命名质点，记为X，则——(x,t)与(x0,t0)关系2.1物质坐标和空间坐标二、两类坐标描述质点物理量随介质中固定质点观察物质的运动，研究给定质点上各物理量随时间的变化，以及这些量由一质点到其他质点时的变化。即把物理量y看作质点X和时间t的函数1．物质坐