爆炸力學(xué)是力學(xué)的一個(gè)分支，它主要研究爆炸的發(fā)生和發(fā)展規(guī)律，以及爆炸的力學(xué)效應(yīng)的利用和防護(hù)的學(xué)科。它從力學(xué)角度研究化學(xué)爆炸、核爆炸、電爆炸、粒子束爆炸(也稱輻射爆炸)、高速碰撞等能量突然釋放或急劇轉(zhuǎn)化的過(guò)程，以及由此產(chǎn)生的強(qiáng)沖擊波(又稱激波)、高速流動(dòng)、大變形和破壞、拋擲等效應(yīng)。自然界的雷電、地震、火山爆發(fā)、隕石碰撞、星體爆發(fā)等現(xiàn)象也可用爆炸力學(xué)方法來(lái)研究。
爆炸力學(xué)是流體力學(xué)、固體力學(xué)和物理學(xué)、化學(xué)之間的一門交叉學(xué)科，在武器研制、交通運(yùn)輸和水利建設(shè)、礦藏開(kāi)發(fā)、機(jī)械加工、安全生產(chǎn)等方面有廣泛的應(yīng)用。
爆炸力學(xué)的形成和發(fā)展
中國(guó)在八世紀(jì)的中唐時(shí)期，已有火藥的原始配方。在十世紀(jì)的宋代初期，開(kāi)始以火藥制作火箭火炮，用于軍事。17世紀(jì)明代的宋應(yīng)星已經(jīng)明確指出：火藥可按配方不同用于“直擊”(發(fā)射)或“爆擊”(爆炸)，并且說(shuō)明火藥爆炸時(shí)“虛空靜氣受沖擊而開(kāi)”，科學(xué)地描述了爆炸在空氣中形成沖擊波的現(xiàn)象。
大約在14世紀(jì)，火藥傳入歐洲，首先在軍事上得到廣泛應(yīng)用。17世紀(jì)匈牙利開(kāi)始有火藥用于開(kāi)礦的記載。19世紀(jì)中葉開(kāi)始，歐美各國(guó)大力發(fā)展鐵路建設(shè)和采礦事業(yè)，大量使用黑火藥，工程師們總結(jié)出工程爆破藥量計(jì)算的許多經(jīng)驗(yàn)公式。1846年硝化甘油發(fā)明后，瑞典化學(xué)家諾貝爾制成幾種安全混合炸藥，并在1865年發(fā)明雷管引爆猛炸藥，實(shí)現(xiàn)了威力巨大的高速爆轟，從此開(kāi)創(chuàng)了炸藥應(yīng)用的新時(shí)代，并且促進(jìn)了沖擊波(即激波)和爆轟波的理論研究。
英國(guó)工程師蘭金和法國(guó)炮兵軍官許貢紐研究了沖擊波的性質(zhì)，后者又完整地解決了沖擊載荷下桿中彈性波傳播問(wèn)題。查普曼和儒蓋各自獨(dú)立地創(chuàng)立了平穩(wěn)自持爆轟理論，后者還寫出第一本爆炸力學(xué)著作《炸藥的力學(xué)》。
第二次世界大戰(zhàn)期間，爆炸的力學(xué)效應(yīng)問(wèn)題由于戰(zhàn)事的需要引起許多科學(xué)家的重視。泰勒研究了炸藥作用下彈殼的變形和飛散，并首先用不可壓縮流體模型，研究錐形罩空心藥柱形成的金屬射流及其對(duì)裝甲的侵徹作用。泰勒、卡門、拉赫馬圖林各自獨(dú)立創(chuàng)建了塑性波理論，發(fā)展了測(cè)定沖擊載荷下材料的力學(xué)性能的方法。
澤利多維奇和諾伊曼研究了爆轟波的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使爆轟理論得到巨大的進(jìn)展。朗道和斯坦紐科維奇等研究了爆轟產(chǎn)物的狀態(tài)方程，并推進(jìn)了非定常氣體動(dòng)力學(xué)的發(fā)展?？瓶宋榈碌冉⒘怂卤úǖ膫鞑ダ碚?。
原子武器的研制大大促進(jìn)了凝聚態(tài)炸藥爆轟、固體中的激波和高壓狀態(tài)方程以及強(qiáng)爆炸理論的研究。泰勒、諾伊曼和謝多夫各自建立了點(diǎn)源強(qiáng)爆炸的自模擬理論，以麥奎因?yàn)榇淼拿绹?guó)科學(xué)家對(duì)固體材料在高壓下的物理力學(xué)性能作了系統(tǒng)的研究。經(jīng)過(guò)這一時(shí)期的工作，爆炸力學(xué)作為一門具有自己特點(diǎn)的學(xué)科終于形成。
戰(zhàn)后，核武器和常規(guī)武器的效應(yīng)及其防護(hù)措施的研究繼續(xù)有所發(fā)展；在爆破工程中研究出多種新型的控制爆破技術(shù)；出現(xiàn)了利用爆炸進(jìn)行材料成型、焊接、硬化、合成的爆炸加工技術(shù)。
同這些新技術(shù)發(fā)展相適應(yīng)，爆炸力學(xué)也就發(fā)展成為包括有爆轟學(xué)、沖擊波理論、應(yīng)力波理論、材料動(dòng)力學(xué)、空中爆炸和水中爆炸力學(xué)、高速碰撞動(dòng)力學(xué)(包括穿甲力學(xué)、終點(diǎn)彈道學(xué))、粒子束高能量密度動(dòng)力學(xué)、爆破工程力學(xué)、爆炸工藝力學(xué)、爆炸結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、瞬態(tài)力學(xué)測(cè)量技術(shù)等分支學(xué)科和研究領(lǐng)域的體系了。
爆炸力學(xué)的內(nèi)容和特點(diǎn)
爆炸力學(xué)的一個(gè)基本特點(diǎn)是研究高功率密度的能量轉(zhuǎn)化過(guò)程，大量能量通過(guò)高速的波動(dòng)來(lái)傳遞，歷時(shí)特短，強(qiáng)度特大。其次，爆炸力學(xué)中的研究，常需要考慮力學(xué)因素和化學(xué)物理因素的耦合、流體特性和固體特性的耦合、載荷和介質(zhì)的耦合等，因此，多學(xué)科的滲透和結(jié)合成為爆炸力學(xué)發(fā)展的必要條件。
爆炸研究促進(jìn)了流體和固體介質(zhì)中沖擊波理論、流體彈塑性理論、粘塑性固體動(dòng)力學(xué)的發(fā)展。爆炸在固體中產(chǎn)生的高應(yīng)變率、大變形、高壓和熱效應(yīng)等推動(dòng)了凝聚態(tài)物質(zhì)高壓狀態(tài)方程、非線性本構(gòu)關(guān)系、動(dòng)態(tài)斷裂理論和熱塑不穩(wěn)定性理論的研究。爆炸的瞬變過(guò)程的研究則推動(dòng)了各種快速采樣的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，其中包括高速攝影、脈沖x射線照相、瞬態(tài)波形記錄和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展。爆炸力學(xué)還促進(jìn)了二維、三維、具有各種分界面的非定常計(jì)算力學(xué)的發(fā)展。
爆炸現(xiàn)象十分復(fù)雜，并不要求對(duì)所有因素都進(jìn)行精確的描述，因此抓住主要矛盾進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和建立簡(jiǎn)化模型，特別是運(yùn)用和發(fā)展各種相似律或模型律，具有重要意義。
爆炸波在介質(zhì)中的傳播以及波所引起的介質(zhì)的流動(dòng)變形、破壞和拋擲現(xiàn)象是爆炸力學(xué)研究的中心內(nèi)容。爆炸包括空中爆炸、水下爆炸、地下爆炸和高速碰撞等。對(duì)于空中核爆炸，須考慮在高溫、高壓條件下包括輻射在內(nèi)的空氣熱力學(xué)平衡性質(zhì)和非平衡性質(zhì)。
對(duì)于水下爆炸，水的高速空化及其消失往往是重要的因素。對(duì)于地下爆炸和高速碰撞，則須考慮在高溫、高壓、高應(yīng)變率條件下，介質(zhì)的本構(gòu)關(guān)系和破壞準(zhǔn)則。這些都屬于介質(zhì)的基本力學(xué)性質(zhì)。因此，在這些極端條件下，介質(zhì)的力學(xué)性質(zhì)是爆炸力學(xué)和其他學(xué)科共同感興趣、合作研究的領(lǐng)域。
爆轟的流體力學(xué)理論是波在可反應(yīng)介質(zhì)中當(dāng)化學(xué)反應(yīng)和力學(xué)因素強(qiáng)烈耦合時(shí)的流體力學(xué)理論。氣相、液相，固相、混合相物質(zhì)的穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)爆轟、爆燃和爆轟間的轉(zhuǎn)化、起爆機(jī)理和爆轟波結(jié)構(gòu)等都是爆轟學(xué)研究的對(duì)象。
此外，還有與工程應(yīng)用直接相聯(lián)系的工程爆破理論和技術(shù)，如爆炸加工的理論和工藝，抗核爆炸防護(hù)工程中結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)和巖土動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，同常規(guī)武器設(shè)計(jì)相聯(lián)系的內(nèi)彈道學(xué)與終點(diǎn)彈道學(xué)。
爆炸力學(xué)在軍事科學(xué)技術(shù)中起重要作用。在發(fā)展核武器、進(jìn)行核試驗(yàn)、研究核爆炸防護(hù)措施方面，爆炸力學(xué)是重要工具。在各種常規(guī)武器彈藥的研制、防御方面，炸藥爆轟理論、應(yīng)力波傳播理論和材料的動(dòng)態(tài)特性理論等都是理論基礎(chǔ)。
激光武器和粒子束武器也需要從爆炸力學(xué)的角度進(jìn)行研制，爆炸力學(xué)研究還為航天工程提供多種輕便可靠的控制裝置。爆炸力學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)(如沖擊波高壓技術(shù))為沖擊載荷下材料的力學(xué)性能的研究提供了方法和工具。
在礦業(yè)、水利和交通運(yùn)輸工程中，用炸藥爆破巖石(爆破工程)是必不可少的傳統(tǒng)方法?，F(xiàn)在光面爆破、預(yù)裂爆破技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛。在城市改造、國(guó)土整治中，控制爆破技術(shù)更是十分重要。爆炸在機(jī)械加工方面也有廣泛的應(yīng)用，如爆炸成型、爆炸焊接、爆炸合成金剛石、爆炸硬化等。
爆炸防護(hù)在工業(yè)安全方面有特殊重要的地位。井下瓦斯爆炸、天然氣爆炸、粉塵爆炸(例如鋁粉、煤粉、糧食粉末等)，煤井中的瓦斯和二氧化碳突出等都是生產(chǎn)上十分關(guān)心的問(wèn)題。對(duì)于上述問(wèn)題，爆炸力學(xué)的任務(wù)是探明現(xiàn)象，查清機(jī)理，提供工程方法。
爆炸力學(xué)是流體力學(xué)、固體力學(xué)和物理學(xué)、化學(xué)之間的一門交叉學(xué)科，在武器研制、交通運(yùn)輸和水利建設(shè)、礦藏開(kāi)發(fā)、機(jī)械加工、安全生產(chǎn)等方面有廣泛的應(yīng)用。
爆炸力學(xué)的形成和發(fā)展
中國(guó)在八世紀(jì)的中唐時(shí)期，已有火藥的原始配方。在十世紀(jì)的宋代初期，開(kāi)始以火藥制作火箭火炮，用于軍事。17世紀(jì)明代的宋應(yīng)星已經(jīng)明確指出：火藥可按配方不同用于“直擊”(發(fā)射)或“爆擊”(爆炸)，并且說(shuō)明火藥爆炸時(shí)“虛空靜氣受沖擊而開(kāi)”，科學(xué)地描述了爆炸在空氣中形成沖擊波的現(xiàn)象。
大約在14世紀(jì)，火藥傳入歐洲，首先在軍事上得到廣泛應(yīng)用。17世紀(jì)匈牙利開(kāi)始有火藥用于開(kāi)礦的記載。19世紀(jì)中葉開(kāi)始，歐美各國(guó)大力發(fā)展鐵路建設(shè)和采礦事業(yè)，大量使用黑火藥，工程師們總結(jié)出工程爆破藥量計(jì)算的許多經(jīng)驗(yàn)公式。1846年硝化甘油發(fā)明后，瑞典化學(xué)家諾貝爾制成幾種安全混合炸藥，并在1865年發(fā)明雷管引爆猛炸藥，實(shí)現(xiàn)了威力巨大的高速爆轟，從此開(kāi)創(chuàng)了炸藥應(yīng)用的新時(shí)代，并且促進(jìn)了沖擊波(即激波)和爆轟波的理論研究。
英國(guó)工程師蘭金和法國(guó)炮兵軍官許貢紐研究了沖擊波的性質(zhì)，后者又完整地解決了沖擊載荷下桿中彈性波傳播問(wèn)題。查普曼和儒蓋各自獨(dú)立地創(chuàng)立了平穩(wěn)自持爆轟理論，后者還寫出第一本爆炸力學(xué)著作《炸藥的力學(xué)》。
第二次世界大戰(zhàn)期間，爆炸的力學(xué)效應(yīng)問(wèn)題由于戰(zhàn)事的需要引起許多科學(xué)家的重視。泰勒研究了炸藥作用下彈殼的變形和飛散，并首先用不可壓縮流體模型，研究錐形罩空心藥柱形成的金屬射流及其對(duì)裝甲的侵徹作用。泰勒、卡門、拉赫馬圖林各自獨(dú)立創(chuàng)建了塑性波理論，發(fā)展了測(cè)定沖擊載荷下材料的力學(xué)性能的方法。
澤利多維奇和諾伊曼研究了爆轟波的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使爆轟理論得到巨大的進(jìn)展。朗道和斯坦紐科維奇等研究了爆轟產(chǎn)物的狀態(tài)方程，并推進(jìn)了非定常氣體動(dòng)力學(xué)的發(fā)展?？瓶宋榈碌冉⒘怂卤úǖ膫鞑ダ碚?。
原子武器的研制大大促進(jìn)了凝聚態(tài)炸藥爆轟、固體中的激波和高壓狀態(tài)方程以及強(qiáng)爆炸理論的研究。泰勒、諾伊曼和謝多夫各自建立了點(diǎn)源強(qiáng)爆炸的自模擬理論，以麥奎因?yàn)榇淼拿绹?guó)科學(xué)家對(duì)固體材料在高壓下的物理力學(xué)性能作了系統(tǒng)的研究。經(jīng)過(guò)這一時(shí)期的工作，爆炸力學(xué)作為一門具有自己特點(diǎn)的學(xué)科終于形成。
戰(zhàn)后，核武器和常規(guī)武器的效應(yīng)及其防護(hù)措施的研究繼續(xù)有所發(fā)展；在爆破工程中研究出多種新型的控制爆破技術(shù)；出現(xiàn)了利用爆炸進(jìn)行材料成型、焊接、硬化、合成的爆炸加工技術(shù)。
同這些新技術(shù)發(fā)展相適應(yīng)，爆炸力學(xué)也就發(fā)展成為包括有爆轟學(xué)、沖擊波理論、應(yīng)力波理論、材料動(dòng)力學(xué)、空中爆炸和水中爆炸力學(xué)、高速碰撞動(dòng)力學(xué)(包括穿甲力學(xué)、終點(diǎn)彈道學(xué))、粒子束高能量密度動(dòng)力學(xué)、爆破工程力學(xué)、爆炸工藝力學(xué)、爆炸結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、瞬態(tài)力學(xué)測(cè)量技術(shù)等分支學(xué)科和研究領(lǐng)域的體系了。
爆炸力學(xué)的內(nèi)容和特點(diǎn)
爆炸力學(xué)的一個(gè)基本特點(diǎn)是研究高功率密度的能量轉(zhuǎn)化過(guò)程，大量能量通過(guò)高速的波動(dòng)來(lái)傳遞，歷時(shí)特短，強(qiáng)度特大。其次，爆炸力學(xué)中的研究，常需要考慮力學(xué)因素和化學(xué)物理因素的耦合、流體特性和固體特性的耦合、載荷和介質(zhì)的耦合等，因此，多學(xué)科的滲透和結(jié)合成為爆炸力學(xué)發(fā)展的必要條件。
爆炸研究促進(jìn)了流體和固體介質(zhì)中沖擊波理論、流體彈塑性理論、粘塑性固體動(dòng)力學(xué)的發(fā)展。爆炸在固體中產(chǎn)生的高應(yīng)變率、大變形、高壓和熱效應(yīng)等推動(dòng)了凝聚態(tài)物質(zhì)高壓狀態(tài)方程、非線性本構(gòu)關(guān)系、動(dòng)態(tài)斷裂理論和熱塑不穩(wěn)定性理論的研究。爆炸的瞬變過(guò)程的研究則推動(dòng)了各種快速采樣的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，其中包括高速攝影、脈沖x射線照相、瞬態(tài)波形記錄和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展。爆炸力學(xué)還促進(jìn)了二維、三維、具有各種分界面的非定常計(jì)算力學(xué)的發(fā)展。
爆炸現(xiàn)象十分復(fù)雜，并不要求對(duì)所有因素都進(jìn)行精確的描述，因此抓住主要矛盾進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和建立簡(jiǎn)化模型，特別是運(yùn)用和發(fā)展各種相似律或模型律，具有重要意義。
爆炸波在介質(zhì)中的傳播以及波所引起的介質(zhì)的流動(dòng)變形、破壞和拋擲現(xiàn)象是爆炸力學(xué)研究的中心內(nèi)容。爆炸包括空中爆炸、水下爆炸、地下爆炸和高速碰撞等。對(duì)于空中核爆炸，須考慮在高溫、高壓條件下包括輻射在內(nèi)的空氣熱力學(xué)平衡性質(zhì)和非平衡性質(zhì)。
對(duì)于水下爆炸，水的高速空化及其消失往往是重要的因素。對(duì)于地下爆炸和高速碰撞，則須考慮在高溫、高壓、高應(yīng)變率條件下，介質(zhì)的本構(gòu)關(guān)系和破壞準(zhǔn)則。這些都屬于介質(zhì)的基本力學(xué)性質(zhì)。因此，在這些極端條件下，介質(zhì)的力學(xué)性質(zhì)是爆炸力學(xué)和其他學(xué)科共同感興趣、合作研究的領(lǐng)域。
爆轟的流體力學(xué)理論是波在可反應(yīng)介質(zhì)中當(dāng)化學(xué)反應(yīng)和力學(xué)因素強(qiáng)烈耦合時(shí)的流體力學(xué)理論。氣相、液相，固相、混合相物質(zhì)的穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)爆轟、爆燃和爆轟間的轉(zhuǎn)化、起爆機(jī)理和爆轟波結(jié)構(gòu)等都是爆轟學(xué)研究的對(duì)象。
此外，還有與工程應(yīng)用直接相聯(lián)系的工程爆破理論和技術(shù)，如爆炸加工的理論和工藝，抗核爆炸防護(hù)工程中結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)和巖土動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，同常規(guī)武器設(shè)計(jì)相聯(lián)系的內(nèi)彈道學(xué)與終點(diǎn)彈道學(xué)。
爆炸力學(xué)在軍事科學(xué)技術(shù)中起重要作用。在發(fā)展核武器、進(jìn)行核試驗(yàn)、研究核爆炸防護(hù)措施方面，爆炸力學(xué)是重要工具。在各種常規(guī)武器彈藥的研制、防御方面，炸藥爆轟理論、應(yīng)力波傳播理論和材料的動(dòng)態(tài)特性理論等都是理論基礎(chǔ)。
激光武器和粒子束武器也需要從爆炸力學(xué)的角度進(jìn)行研制，爆炸力學(xué)研究還為航天工程提供多種輕便可靠的控制裝置。爆炸力學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)(如沖擊波高壓技術(shù))為沖擊載荷下材料的力學(xué)性能的研究提供了方法和工具。
在礦業(yè)、水利和交通運(yùn)輸工程中，用炸藥爆破巖石(爆破工程)是必不可少的傳統(tǒng)方法?，F(xiàn)在光面爆破、預(yù)裂爆破技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛。在城市改造、國(guó)土整治中，控制爆破技術(shù)更是十分重要。爆炸在機(jī)械加工方面也有廣泛的應(yīng)用，如爆炸成型、爆炸焊接、爆炸合成金剛石、爆炸硬化等。
爆炸防護(hù)在工業(yè)安全方面有特殊重要的地位。井下瓦斯爆炸、天然氣爆炸、粉塵爆炸(例如鋁粉、煤粉、糧食粉末等)，煤井中的瓦斯和二氧化碳突出等都是生產(chǎn)上十分關(guān)心的問(wèn)題。對(duì)于上述問(wèn)題，爆炸力學(xué)的任務(wù)是探明現(xiàn)象，查清機(jī)理，提供工程方法。