流體動(dòng)力學(xué)程序引論

內(nèi)容概要

　　《應(yīng)用力學(xué)教程：流體動(dòng)力學(xué)程序引論》中包含了流體動(dòng)力學(xué)程序的基礎(chǔ)物理知識(shí)與基本內(nèi)容，如離散方法、動(dòng)力學(xué)（拉格朗日、歐拉和耦合方法）、高應(yīng)變率下材料行為和失效模型等。

作者簡(jiǎn)介

作者：（美國）喬納斯?A?朱卡斯（Jonas A.Zukas） 譯者：武海軍 皮愛國 姚偉

書籍目錄

第一章 材料和結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)行為 1.1 引言 1.2 結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)問題 1.3 波傳播問題 1.4 綜合問題 1.5 小結(jié) 參考文獻(xiàn) 第二章 波的傳播與碰撞問題 2.1 引言 2.2 桿與板中波的傳播 2.2.1 介質(zhì)中的波動(dòng)描述 2.2.2 碰撞桿中的波動(dòng)描述 2.3 波動(dòng)描述的不足 2.4 彎曲波 2.5 波的反射和透射 2.5.1 不連續(xù)截面和不同的材料 2.5.2 波在不連續(xù)截面中傳播 2.5.3 層狀介質(zhì) 2.5.4 斜碰撞 2.6 動(dòng)態(tài)斷裂 2.7 小結(jié) 參考文獻(xiàn) 第三章 固體中的沖擊波 3.1 引言 3.2 單軸應(yīng)變 3.3 波的傳播 3.4 沖擊加載下的守恒方程——Rankine-Hugoniot跳躍條件 3.5 Hugoniot方程 3.5.1 U-u平面 3.5.2 P-V平面 3.5.3 P-u平面 3.6 狀態(tài)方程 3.6.1 Mie—Gruneisen狀態(tài)方程 3.6.2 Tillotson狀態(tài)方程 3.6.3 爆轟產(chǎn)物狀態(tài)方程 3.7 小結(jié) 參考文獻(xiàn) 第四章 快速、瞬態(tài)現(xiàn)象的數(shù)值建模 4.1 引言 4.2 空間離散化 4.2.1 有限差分法 4.2.2 有限元法 4.3 Lagrangian網(wǎng)格描述 4.3.1 網(wǎng)格特性 4.3.2 接觸一碰撞關(guān)系 4.3.3 大變形 4.4 人工粘性 4.5 時(shí)間積分 4.6 本構(gòu)模型 4.6.1 金屬材料本構(gòu)描述 4.6.2 非金屬材料本構(gòu)描述 4.7 問題的范圍 4.8 小結(jié) 參考文獻(xiàn) 第五章 流體動(dòng)力學(xué)程序?qū)嶋H執(zhí)行過程 5.1 引言 5.2 前處理 5.3 計(jì)算處理 5.3.1 速度和位移 5.3.2 接觸 5.3.3 應(yīng)變和應(yīng)變率 5.3.4 應(yīng)力、破壞和惰性材料能量 5.3.5 炸藥材料的壓力和能量 5.3.6 節(jié)點(diǎn)力 5.4 循環(huán)處理 參考文獻(xiàn) 第六章 純拉格朗日計(jì)算的替代方法 6.1 引言 6.2 歐拉程序 6.2.1 歐拉程序介紹 6.2.2 材料的分界面和輸運(yùn) 6.3 任意拉格朗日一歐拉（ALE）方法 6.4 歐拉一拉格朗日耦合計(jì)算 6.5 光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)方法（SPH） 參考文獻(xiàn) 第七章 高應(yīng)變率下材料行為的實(shí)驗(yàn)方法 7.1 引言 7.2 分離式霍布金森壓桿（Kolsky裝置） 7.3 泰勒?qǐng)A柱碰撞實(shí)驗(yàn) 7.4 膨脹環(huán) 7.5 平板撞擊實(shí)驗(yàn) 7.6 壓剪實(shí)驗(yàn) 7.7 小結(jié) 參考文獻(xiàn) 第八章 動(dòng)態(tài)問題數(shù)值模擬的計(jì)算實(shí)踐 8.1 引言 8.2 困難 8.3 計(jì)算實(shí)踐理想化 8.4 人的因素 8.5 與計(jì)算網(wǎng)格相關(guān)的問題 8.5.1 單元縱橫比 8.5.2 單元排列 8.5.3 均勻和變化的網(wǎng)格 8.5.4 網(wǎng)格間的不連貫變化 8.6 數(shù)值計(jì)算的簡(jiǎn)化 8.7 小結(jié) 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：    早在17世紀(jì)初，人們就已經(jīng)對(duì)月球與行星的碰撞問題產(chǎn)生了興趣，并且碰撞問題與望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明以及月球隕石坑的發(fā)現(xiàn)有密切關(guān)系。Melosh （1989）書中對(duì)地質(zhì)材料碰撞隕石坑的基礎(chǔ)理論做了精彩描述。小行星、流星和彗星對(duì)月球表面的碰撞在其表面形成一系列大小不同的隕石坑，并且使大量物質(zhì)拋撒到太空中?？臻g物質(zhì)對(duì)地球表面的碰撞引發(fā)了一些有趣的猜測(cè)，其中比較流行的理論之一是由于流星的撞擊導(dǎo)致了恐龍的滅絕。另一個(gè)理論是南佛羅里達(dá)的全部濕地地區(qū)起源于一個(gè)大隕石坑。太空中持續(xù)發(fā)生的動(dòng)態(tài)事件的另一個(gè)例子是彗星碎片對(duì)木星的碰撞。 爆炸焊接是炸藥在商業(yè)上成功應(yīng)用于材料加工的重要例子。爆炸焊接是對(duì)金屬傳統(tǒng)焊接工藝的很好補(bǔ)充，如鈦一鋼、銅一鋁及銅一鋼的焊接用傳統(tǒng)工藝是無法焊接的。這方面的內(nèi)容可參考Rinehart和Pearson（1963），Deribas（ 1972），Crossland（1982），Blazynski（1983）等的著作。在其基本裝置中，爆轟波作用于兩種金屬對(duì)象，兩者的高速斜碰撞將產(chǎn)生一個(gè)射流，射流清除掉兩表面之間的全部雜質(zhì)并使兩個(gè)表面直接連接，爆炸產(chǎn)生的壓力使兩個(gè)干凈和炙熱的表面在足夠的時(shí)間內(nèi)融合并冷卻下來。融合是表面局部剪切的結(jié)果，因此焊接的界面經(jīng)常呈波紋狀。這方面的例子可以參見Meyers （1994）和Blazynski（ 1983）的著作。 爆炸成型是使用炸藥爆轟產(chǎn)生的高壓來使金屬成型。當(dāng)制作小批量的大片金屬結(jié)構(gòu)時(shí)，與傳統(tǒng)方法相比，爆炸成型的優(yōu)勢(shì)是原料投資最小。爆炸成型也應(yīng)用于高應(yīng)變率下表現(xiàn)出應(yīng)變強(qiáng)化的金屬。爆炸成型可以在水中或空氣介質(zhì)中完成（Meyers （1994））。 金屬爆炸硬化是高幅值沖擊波穿過處于單軸應(yīng)變狀態(tài)的金屬所產(chǎn)生的，爆炸硬化導(dǎo)致塑性變形，卻不產(chǎn)生形狀的改變。爆炸沖擊硬化最成功的工業(yè)應(yīng)用是哈德菲爾德鋼。這是一種高錳奧氏體鋼，具有高強(qiáng)度、高硬度和高耐磨性。通過表面的爆炸硬化，其耐磨性是原來的3倍（Meyers （1994））。 沖擊固結(jié)和沖擊合成也已經(jīng)得到廣泛研究，但是尚未在商業(yè)上取得成功，請(qǐng)參考Murr （1990）和Batsanov（1993）對(duì)它的討論和應(yīng)用的介紹。在爆破領(lǐng)域主要關(guān)注炸藥，而對(duì)巖石和地質(zhì)材料的高應(yīng)變率行為則關(guān)注較少。關(guān)于這方面的更多信息可參見Persson，Holmberg和Lee （1993）的文章。 兩個(gè)多世紀(jì)以來，侵徹、貫穿以及跳彈現(xiàn)象已經(jīng)得到廣泛研究，這個(gè)領(lǐng)域的問題分為動(dòng)能侵徹體和化學(xué)能侵徹體兩類。 化學(xué)能侵徹體，也就是我們所知的聚能裝藥、Miznay-Chardin裝置、自鍛破片、環(huán)形起爆和許多其他名字。當(dāng)裝藥接近或直接接觸目標(biāo)時(shí)，它們的能量來源于炸藥的爆轟。關(guān)于聚能裝藥的基本形狀，其一端是凹形空腔柱形炸藥，另一端則是雷管。這個(gè)凹形空腔可以設(shè)計(jì)成任何幾何形狀（球形、錐形等等）。這個(gè)凹形空腔可聚集與空腔相對(duì)的圓柱體末端炸藥所產(chǎn)生的爆轟產(chǎn)物的能量，這種聚能效應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)烈的局部力，當(dāng)這個(gè)集中力直接作用于金屬板時(shí)，與沒有凹形空腔的圓柱炸藥相比，盡管藥量少，但它可以產(chǎn)生一個(gè)更深的開孔。 如果凹形空腔是一個(gè)由金屬、玻璃、陶瓷或類似材料薄層組成的藥型罩，當(dāng)裝藥引爆后藥型罩將形成射流。最初，球形波從起爆點(diǎn)向外傳播，這個(gè)高壓力沖擊波以非常快的速度傳播，典型的波速約為8 km/s。隨著爆轟波壓垮聚能罩，在高速爆轟壓力下聚能罩材料被加速，壓縮為錐形，典型錐形罩。在這一過程中，聚能罩材料在非常短的時(shí)間內(nèi)被驅(qū)動(dòng)而劇烈變形，應(yīng)變率為104～107 S-1。因?yàn)樽冃沃兴┘訅毫κ欠浅４蟮牧黧w動(dòng)力學(xué)壓力，最大應(yīng)變很容易就能夠超過10。圓錐形藥型罩材料在中心線上碰撞，迫使一部分材料流動(dòng)而形成射流，射流頭部的速度可以超過10 km/s。因?yàn)樗俣忍荻?，射流將?huì)拉長(zhǎng)，直至斷裂為柱狀的金屬顆粒。

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《應(yīng)用力學(xué)教程:流體動(dòng)力學(xué)程序引論》的主要對(duì)象是從事高變化率計(jì)算領(lǐng)域的初學(xué)者和同數(shù)值計(jì)算打交道并使用計(jì)算結(jié)果的人們。同時(shí)，也可作為高年級(jí)本科生或研究生的學(xué)習(xí)和教學(xué)參考用書。

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