前言

炸藥是各種武器彈藥破壞與毀傷目標的基本能源，也是國民經濟建設中最重要的高功率能源。炸藥的性能與武器的高效毀傷性能是決定武器先進性的重要因素之一。隨著炸藥在軍民領域應用的不斷深入和日益廣范，對炸藥起爆、爆轟安全性能的要求也越來越嚴格，對炸藥起爆機理和爆轟特性的研究也由此不斷深入。

計算機技術、損傷力學及微細觀力學的迅速發展為炸藥起爆及其爆轟機理的研究提供了新的有力工具。計算機技術的高速發展，使得利用計算機數值模擬功能研究炸藥起爆及其爆轟機理成為可能。特別是高性能計算機的普及，通過建立相應的模型研究炸藥的起爆和爆轟機理為研究炸藥的機理提供了更詳細、更直觀的數據，一些數值仿真模型已經得到了廣泛的應用。損傷力學經過多年的發展已經在金屬、混凝土復合材料等惰性材料中得到了成功的應用。損傷是材料結構組織在外界因素作用下發生的力學性能劣化，并導致體積單元破壞的現象。炸藥特別是PBX類炸藥可以看成是顆粒高度填充的復合材料，在沖擊載荷的作用下炸藥材料具有與惰性材料類似的損傷特性。但是炸藥由于其含能敏感性又具有與惰性材料不同的特點，在沖擊載荷作用下炸藥會產生結構的微細觀損傷變化，這些變化一方面影響材料的力學特性，另一方面，微細觀損傷又會導致炸藥的含能特性（即起爆特性和爆轟特性）發生變化。因此在研究炸藥的沖擊損傷特性時必須借助損傷力學的研究方法，建立起宏觀的描述模型，同時借助微細觀力學方法，研究微細觀對起爆的影響。當前起爆機理的研究在宏觀機理研究的基礎上逐漸向微損傷、微細觀結構等方向拓展，并從跨尺度的角度開始了相關研究。

炸藥作為一種特殊的材料，由于沖擊載荷作用下的爆炸危險性，使得借助損傷和微觀力學的研究具有較大的難度，因此通過研究替代物研究微細觀結構損傷具有較大的優越性。利用計算機仿真技術和實驗技術研究微損傷對起爆特性的影響是兩個主要的手段。

由于炸藥沖擊損傷的有關理論及損傷對起爆特性的研究還處于初級階段，相關的資料和論著比較少。本書正是在這個背景下編寫的，通過對當前一些研究成果的總結論述，使相關的研究人員和技術人員能夠盡快了解這方面的進展，以起到拋磚引玉的作用。

全書共分5章，第1章介紹了當前含能材料損傷研究理論及現狀，以及損傷對沖擊起爆安全性能的影響。第2章對炸藥及其替代物的沖擊損傷實驗技術、細觀損傷觀測和表征技術進行了分析，并以PBX為典型材料進行了討論。第3章介紹了微裂紋的穩定擴展準則和失穩擴展準則，并結合動態斷裂理論中微裂紋擴展的速度公式建立了微裂紋的損傷演化方程；應用細觀損傷力學中的Taylor模型方法將微裂紋引入柔度張量的計算方程中，并通過統計積分的方式建立了微裂紋體元的細觀損傷本構模型；最后，通過微裂紋體元和廣義黏彈性體元的串聯耦合關系推導了材料體元的應力與應變關系，建立了PBX類炸藥的黏彈性統計細觀損傷本構模型。第4章主要介紹了損傷對炸藥沖擊起爆特性影響的試驗研究，并對拉氏分析技術進行了說明。第5章主要介紹了利用數值仿真技術研究損傷對起爆性能的影響，通過對炸藥沖擊起爆機理和化學反應速率方程的理論分析，建立了帶損傷的宏觀化學反應速率方程和一個與炸藥初始孔隙率、孔隙尺寸相關的細觀反應速率模型，并將其嵌入有限元程序DYNA2D中。本書通過對不同初始密度、不同孔隙尺寸的PBX炸藥進行一維和二維沖擊起爆過程計算，比較了這些參數對沖擊起爆感度的影響。通過數值計算結果對試驗現象及結果進行了分析，事實說明所建立的模型能夠正確模擬炸藥的起爆過程，并對損傷炸藥的起爆機理進行了合理解釋。

本書是在以往及目前所做研究工作的基礎上編寫而成的，黃風雷教授、段卓平教授等對本書中的研究內容給予了悉心指導，在此對他們的關懷和幫助表示衷心的感謝。周棟、姚惠生博士對本書也提供了許多資料。此外本書的內容參考了一些國內外的文獻，在此一并表示致謝。

本書適合作為從事與軍事技術有關的專業技術人員的閱讀材料，同時適合作為含能材料專業、彈藥工程與爆炸技術，以及軍工領域有關專業的高等學校在校本科生及研究生的參考資料。

由于作者能力有限，疏漏和不足之處在所難免，懇請廣大讀者批評指正。

作者

2008年12月