研究高速相对运动物体之间相互碰撞的现象与规律的学科。是爆炸力学的分支学科,是
终点弹道学的理论基础之一。
第二次世界大战期间及战后,在应力波理论、材料动态力学性能的理论和实验及在弹丸侵彻等问题的应用上取得的成就,奠定了撞击动力学的基础。20世纪60年代以后,撞击动力学的研究对象不断扩大,理论研究也取得长足进步。80年代以来,测试技术的发展和实验水平的提高,尤其是数值仿真技术的日益完善,使撞击动力学的研究更加深入,进一步丰富学科的内涵。
主要研究介质受到强脉冲载荷作用时的力学效应。弹塑性体碰撞时,在各自的表面和内部将产生高强度、短历时冲击载荷的作用。碰撞载荷的大小主要取决于撞击体的质量和碰撞速度,受冲击面上的载荷强度还与撞击体的姿态和接触面积有关。在这种载荷作用下,不但在撞击体表面产生变形、破坏,甚至熔化或汽化,而且在可变形的撞击体的内部还将发生质点的位移运动、应力与应变的传播及它们之间的相互作用,最终导致撞击体发生结构的塑性变形、解体破坏等整体响应。在高速碰撞下,所涉及材料的变形—破坏行为十分复杂,必须计及材料的应变率效应、硬化效应和温度效应等。撞击动力学主要研究内容包括:①应力波的传播与相互作用。研究在冲击载荷作用下,固体介质中应力波传播的基本理论,包括弹性波、塑性波、黏弹性波、弹—黏塑性波及其他类型的应力波。应力波引起的物体变形与破坏现象。②材料在高压下的
流体动力学理论。将流体动力学理论推广到非线性弹塑性波领域,即忽略固体的剪切强度,从激波理论出发,讨论随着载荷强度的降低对塑性变形的影响。研究固体在高压冲击下的激波守恒关系、固体在高压下的等熵流动等各种状态方程及高压下材料的流动与破坏。③冲击载荷下材料的动力学响应与动态破坏准则。研究材料在不同加载条件下所对应的本构关系,这种高压下材料的应力—应变关系反映了材料的变形—硬化效应、变形—热效应、变形的应变率效应及加载频率和作用时间的影响;研究不同材料在各应变率(在101~107之间)水平下所对应的破坏准则。④各种高速碰撞问题。研究弹塑性杆体、金属射流对半无限厚或有限厚弹塑性靶体的高速冲击、平板的高速碰撞问题,高速碰撞条件下材料中的绝热剪切现象,以及材料破坏的裂纹产生、发展和传播问题等。⑤实验与测试技术。⑥高速碰撞现象的数值模拟。
撞击动力学在军事上主要用于火炮、车辆、舰船、飞行器操作中的各种撞击行为的研究。例如,弹药发射安全性,弹丸的爆炸及其破片的形成,破片杀伤有生力量和侵彻飞机蒙皮等薄装甲,弹丸对装甲板及其他障碍物、介质的撞击、侵彻或穿孔,超高速聚能金属射流的形成和破甲过程,碎甲弹作用时在钢甲中形成的应力波及崩落效应,装甲防护,鱼雷、导弹入水及航空航天飞行器防护等方面。此外,在机械、冶金、采矿、石油、交通、能源、地球物理、材料合成等领域中也有广泛应用,如水力采煤和金属板的爆炸焊接等。