91欧美在线免费观看,漂亮的人妻中文字幕,国产精品免费在线观看视频,男女一起插插插视频,四虎国产精品久久久久,人妻精品有码一区二区三区,亚洲 欧美 你懂的,亚洲制服一区二区三区在线,高中女厕偷拍一区二区三区

編者按：

鄭哲敏院士是國(guó)際著名的力學(xué)家，我國(guó)爆炸力學(xué)的奠基人和開(kāi)拓者之一，中國(guó)力學(xué)學(xué)科建設(shè)與發(fā)展的組織者和領(lǐng)導(dǎo)者之一。他心系祖國(guó)，始終以國(guó)家需求為己任，嘔心瀝血，嚴(yán)謹(jǐn)創(chuàng)新，率領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)做出了一系列重要貢獻(xiàn)，從而榮獲2012年度國(guó)家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)。本專欄將陸續(xù)在“漫步力學(xué)所”介紹鄭哲敏研究團(tuán)隊(duì)歷年來(lái)取得的學(xué)術(shù)成就。

本期概述

1964年全國(guó)新產(chǎn)品、新技術(shù)、新工藝展覽大會(huì)一等獎(jiǎng)《爆炸成形模型律及成形機(jī)制》 項(xiàng)目的相關(guān)情況。
從“爆炸力學(xué)”正式命名談起
——簡(jiǎn)述力學(xué)所從事“爆炸成形”研究的成果

本刊在今年2月發(fā)布的《爆炸力學(xué)及其發(fā)展概況》中曾經(jīng)介紹道：1959年，力學(xué)所鄭哲敏領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)嘗試高壓和高速成形的研究。1960年早春，在力學(xué)所主樓前，鄭哲敏主持了小型爆炸成形的演示實(shí)驗(yàn)，一塊薄鐵板被單發(fā)雷管炸成一個(gè)小碗。錢(qián)學(xué)森所長(zhǎng)親臨現(xiàn)場(chǎng)，他高興地端詳這只小碗，對(duì)大家說(shuō)：不要小看它，這就是新生事物！他還將研究這些問(wèn)題的學(xué)科正式命名為“爆炸力學(xué)”。

的確，從1846年硝化甘油發(fā)明以來(lái)經(jīng)歷了一百余年，其間瑞典化學(xué)家諾貝爾曾研制成功了幾種安全混合炸藥，法國(guó)科學(xué)家儒蓋曾撰寫(xiě)出版了第一本爆炸學(xué)的專著《炸藥的力學(xué)》，但西方一直沒(méi)有采用“爆炸力學(xué)”這個(gè)名詞，而前蘇聯(lián)則一直稱為“爆炸物理”。作為近代力學(xué)大師的錢(qián)學(xué)森以其敏銳洞察力從一個(gè)小小零件的成形實(shí)驗(yàn)看到可以建立一個(gè)新的力學(xué)分支學(xué)科——爆炸力學(xué)。從此，力學(xué)所二室在鄭哲敏的領(lǐng)導(dǎo)下，一直在爆炸力學(xué)這個(gè)力學(xué)分支領(lǐng)域中不斷探索研究。其中關(guān)于板殼件爆炸成形的研究，在汽車廠、鍋爐廠等產(chǎn)業(yè)部門(mén)的現(xiàn)場(chǎng)研究不久就遇到了困難，迫使他們回到實(shí)驗(yàn)室尋找規(guī)律。而且從1961年開(kāi)始，鄭哲敏主持了力學(xué)所和航天部門(mén)的協(xié)作任務(wù)（105任務(wù)），以解決火箭重要部件的加工難題為目標(biāo)，對(duì)爆炸成形開(kāi)展力學(xué)分析，在爆炸成形機(jī)理、相似律和慣性模具等方面取得了重要進(jìn)展。相關(guān)的研究成果在1964年全國(guó)新產(chǎn)品、新技術(shù)、新工藝展覽大會(huì)展出并獲得了大會(huì)一等獎(jiǎng)。眾所周知，國(guó)家級(jí)的科技進(jìn)步獎(jiǎng)和技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng)都是在上世紀(jì)80年代才開(kāi)始設(shè)立的，當(dāng)時(shí)這個(gè)“三新”展覽大會(huì)獎(jiǎng)是由國(guó)家計(jì)委、經(jīng)委等三部委聯(lián)合審議評(píng)選的，應(yīng)當(dāng)是最高級(jí)的國(guó)家科技獎(jiǎng)項(xiàng)。《爆炸成形模型律及成形機(jī)制》獲得一等獎(jiǎng)，表明了該項(xiàng)研究的理論與應(yīng)用意義在國(guó)家層面上得到了認(rèn)可。

一、爆炸成形工藝簡(jiǎn)介

爆炸成形是利用炸藥，例如黃色炸藥(梯恩梯)、硝銨炸藥和導(dǎo)爆索（內(nèi)含黑索金）等，在雷管激發(fā)下所產(chǎn)生的高壓氣體直接或間接地作用到金屬毛料上，使之成為人們所需要的零件。板金零件成形的常規(guī)工藝有拉深、脹形、縮形、卷邊、翻口、沖孔、壓梗、彎曲和校形等，都可以用爆炸成形來(lái)完成。例如，圖1是制造封頭（一種拉深件）的示意圖，圖2是制造噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)噴管（一種脹形件）的示意圖，圖3是制造波紋板（一種平板彎曲件）的示意圖。

這里，讓我們結(jié)合圖1介紹拉深零件的爆炸成形過(guò)程（其他板金零件的成形都是類似的）。毛料A放在凹模B上，然后用壓邊圈C壓緊，其上方是裝水的水圈D。在水圈中注水至一定高度，然后將炸藥包E放在距毛料適當(dāng)距離的位置上。在多數(shù)情況下，應(yīng)當(dāng)將凹模里的空氣通過(guò)抽氣孔F抽走，以避免在毛料向凹模高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，模腔里的空氣迅速升壓，使毛料不能滿意地貼模，甚至引起破損。如果模具和壓邊圈的設(shè)計(jì)合理，成形參數(shù)也選擇得當(dāng)，只要引爆炸藥，就能在很短的時(shí)間里成形出一個(gè)與凹模內(nèi)壁貼合得很好的零件。
從上面介紹的幾個(gè)例子，人們可以看到，在爆炸成形裝置中，常常設(shè)有裝水的水圈。這是因?yàn)檎ㄋ幍膲毫^(guò)大，容易損壞零件和模具，所以在板金零件的爆炸成形里，通常不使炸藥和毛料直接接觸。為了將炸藥的壓力傳遞到毛料上去，必須在兩者之間有一個(gè)傳遞壓力的介質(zhì)。最常用的傳壓介質(zhì)是水，這不僅是因?yàn)樗墓?yīng)問(wèn)題容易解決，更主要的是因?yàn)樗畟鬟f壓力的效率較高。當(dāng)然，在一些特殊情況下也可以采用砂，然而這時(shí)所需的炸藥量要比用水時(shí)大好幾倍。
如果零件比較薄，成形所需的壓力比較小，可點(diǎn)用火藥代替炸藥。采用火藥時(shí)，為了獲得較大的壓力，可以采用密封式的成形方案，如圖4所示。如果成形所需的壓力和能量更小，也可以考慮在密封室里使用爆炸氣休或可燃?xì)怏w。這里應(yīng)當(dāng)指出的是，密封式方案只適用于小型零件，因?yàn)閷?duì)于中、大型零件，密封室的強(qiáng)度問(wèn)題難以解決。
對(duì)于板金零件，爆炸成形有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）簡(jiǎn)化了模具。一般沖壓加工需要一對(duì)模具，爆炸成形只需要一個(gè)模具，通常只有凹模，因此模具的制作周期可以縮短，材料可以節(jié)約。（2）簡(jiǎn)化了設(shè)備。爆炸成形不需要機(jī)床，輔助設(shè)備一般只有起重和搬運(yùn)裝置、水泵、真空泵，它們消耗的動(dòng)力很少。（3）產(chǎn)品的表面光潔度高，尺寸精度也高。采用爆炸方法成形時(shí)，零件以很高的速度貼模，在零件和模具之間產(chǎn)生很大的碰撞壓力，只要模具內(nèi)表面的光潔度高，零件貼模面的光潔度亦高。（4）能加工一些用常規(guī)方法不易加工的材料。有些材料用常規(guī)方法加工容易破裂，但在高速變形條件下塑性變形的能力（即加工性能）有所提高，而且爆炸成形不使用金屬?zèng)_頭，因而毛料受力比較均勻。（5）有利于采用綜合工藝。采用常規(guī)方法制造一個(gè)復(fù)雜零件，往往需要多道工序，每一道工序又需要專用的模具。采用爆炸成形時(shí)，諸如成形、壓梗、沖孔、翻邊、校形等工序往往可以在一個(gè)模具上同時(shí)完成，從而減少了工序和模具的數(shù)量。特別要說(shuō)明的是，與常規(guī)加工方法相比，爆炸成形最根本的特點(diǎn)是壓力大、變形速度大、成形時(shí)間短，這是一種高速高壓的成形方法。它是解決大型零件成形的有效途徑之一。這里可以舉成形一個(gè)直徑為1米的封頭的例子。如果采用常規(guī)水壓機(jī)來(lái)成形，作用于毛料的平均壓力為幾十個(gè)大氣壓，成形時(shí)間需要十幾秒。如果是采用爆炸方法來(lái)成形，壓力為數(shù)千個(gè)大氣壓，成形時(shí)間約為百分之一秒。由于在這兩種情況下用于使毛料變形的有效能量基本相等，所以爆炸成形的平均有效功率就比常規(guī)方法大一千倍。當(dāng)然，爆炸成形工藝在炸藥加工、藥包制作、模具安裝、工藝設(shè)計(jì)和勞動(dòng)條件等方面亦有一些特殊的問(wèn)題需要研究解決。
二、爆炸成形機(jī)理研究
在上世紀(jì)60年代，在鄭哲敏領(lǐng)導(dǎo)下，力學(xué)所二室不僅在和產(chǎn)業(yè)部門(mén)的合作過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了鍋爐封頭、導(dǎo)彈端頭、潛艇艦首等大型零件的爆炸成形，還針對(duì)爆炸成形工藝中涉及的爆炸載荷、金屬材料性質(zhì)和成形規(guī)律等三個(gè)科學(xué)問(wèn)題進(jìn)行了應(yīng)用基礎(chǔ)研究。如前所述，爆炸成形是復(fù)雜的高速變形運(yùn)動(dòng)過(guò)程，包含著炸藥、傳壓介質(zhì)及其容器、毛料、模具之間的互相牽連運(yùn)動(dòng)，為了研究爆炸成形的基本現(xiàn)象和規(guī)律，他們選擇最簡(jiǎn)單的圓柱形或球形結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行過(guò)程分析。
首先，他們開(kāi)展了圓板自由成形的試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置如圖5所示。在試驗(yàn)中，采用水作為傳壓介質(zhì)，圓板下方的A、B為電容充電式計(jì)時(shí)儀的兩個(gè)探頭，用于測(cè)量板中心的位移時(shí)間曲線。
圓板自由成形試驗(yàn)的目的是測(cè)量出在爆炸載荷作用下圓板中心的變形過(guò)程，人們還可以根據(jù)板中心點(diǎn)的位移與時(shí)間的實(shí)測(cè)曲線求算出板中心點(diǎn)在整個(gè)變形過(guò)程中的速度變化。試驗(yàn)結(jié)果在圖6中示出。從圖中的擬合曲線可以看到爆炸成形的兩個(gè)重要特點(diǎn)：（1）總的變形過(guò)程很短暫。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置中僅僅歷時(shí)308微秒，但中心撓度卻達(dá)24毫來(lái)，這就是爆炸的高壓高速成形的含義。（2）變形明顯地分為兩個(gè)加速減速階段。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置中，第一個(gè)加速減速階段在98微秒時(shí)結(jié)束，然后又突然再加速，以后再進(jìn)入第二階段的減速，直至停止變形。這就是所謂的“二次加速”（亦可稱“二次加載”）的現(xiàn)象。比較這兩個(gè)階段的位移，可以看出：兩個(gè)階段的變形能量都是相當(dāng)大的，將近一半的變形是由二次加速引起的。揭示二次加速的存在是鄭哲敏研究團(tuán)隊(duì)關(guān)于爆炸成形的一個(gè)重要貢獻(xiàn)。
如何解釋二次加載現(xiàn)象呢？下面我們來(lái)具體說(shuō)明爆炸成形加載的過(guò)程：炸藥引爆以后，在藥包中心迅速形成穩(wěn)定的爆震波，它以一定的爆速向外傳播，同時(shí)引爆它掃過(guò)的炸藥。當(dāng)爆震波到達(dá)藥包表面時(shí)，炸藥的爆震過(guò)程就基本結(jié)束。這時(shí)原來(lái)由炸藥所占據(jù)的空間便都充滿了高壓、高溫的氣團(tuán)。爆震波傳到藥、水界面時(shí)，會(huì)在水中形成一個(gè)強(qiáng)烈的沖擊波（即通過(guò)波陣面介質(zhì)的壓力、溫度、密度發(fā)生階躍式突增的波），同時(shí)導(dǎo)致高壓氣團(tuán)內(nèi)形成一個(gè)稀疏波（亦稱膨脹波，即通過(guò)波陣面介質(zhì)的壓力、溫度、密度有所下降的波）。氣團(tuán)在不斷膨脹過(guò)程中，將氣體的位能轉(zhuǎn)換為水的動(dòng)能。前例中所述及的平板中心部分，首先受到通過(guò)水介質(zhì)所傳來(lái)的球面沖擊波波陣面的打擊，此沖擊波在圓板上立即發(fā)生反射，隨后由于圓板發(fā)生運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生負(fù)壓，從而在圓板壁面附近形成一個(gè)空化區(qū)。由于圓板板上的載荷分布非常復(fù)雜，不便于解析分析，他們又考慮另一個(gè)較為簡(jiǎn)單的算例：一個(gè)盛水球殼在球形藥包作用下變形過(guò)程的理論計(jì)算（參見(jiàn)圖7）。他們采用聲學(xué)近似研究了球面沖擊波正入射于球形薄殼的情形，結(jié)果表明：球殼處的壓力衰減很快，其變化可用一個(gè)指數(shù)衰減公式來(lái)近似表達(dá)。
這里的力學(xué)過(guò)程可簡(jiǎn)述如下（參見(jiàn)圖8）：當(dāng)入射波打到球殼時(shí)發(fā)生反射，由于球殼的慣性，在開(kāi)始反射的瞬間壓力波的反射具有從剛性表面反射的性質(zhì)，產(chǎn)生一個(gè)初始的壓力突躍，導(dǎo)致球殼向外運(yùn)動(dòng)。這就是第一加速階段機(jī)制。由于球殼迅速向外膨脹，而入射沖擊波的載荷又劇烈地衰減，因此反射波很快變?yōu)橄∈璨?，從而產(chǎn)生負(fù)壓。在離開(kāi)球殼某個(gè)距離處，入射波的正壓力和反射波的負(fù)壓力〔即拉力〕正好抵消，水將開(kāi)始出現(xiàn)拉伸狀態(tài)。由于水是不能承受拉力的，因而此處的水被拉斷，出現(xiàn)空泡，這種現(xiàn)象稱之為“空化”現(xiàn)象。負(fù)壓和球殼的強(qiáng)度共同阻止球殼的運(yùn)動(dòng)，就出現(xiàn)了第一減速階段?？栈瘏^(qū)將附著在球殼上的薄層水體和球心周圍的水核分離開(kāi)來(lái)，但是水核依然會(huì)在高壓高溫氣團(tuán)的作用下向外運(yùn)動(dòng)從而“吞并”空化區(qū)，并最終使水核和球殼之間的空隙閉合起來(lái)（空化區(qū)消失）。這時(shí)，它們彼此發(fā)生碰撞，球殼便開(kāi)始第二階段的加速。以后，隨著水體內(nèi)壓力逐漸下降，加之球殼材料的變形抗力，球殼不斷減速，直至運(yùn)動(dòng)終止。鄭哲敏在1962年提出的這個(gè)解釋，闡明爆炸成形過(guò)程的本質(zhì)。機(jī)理研究為爆炸成形工藝的成功應(yīng)用奠定了重要的科學(xué)基礎(chǔ)。
三、爆炸成形相似律
正確選定工藝參數(shù)，是保征成形質(zhì)量和模具壽命的重要條件。但是對(duì)于形狀復(fù)雜的工件，目前尚無(wú)可靠的計(jì)算方法，只能用試驗(yàn)來(lái)確定。對(duì)于大型零件，由于毛料昂貴、模具加工周期長(zhǎng)、操作不便等原因，需要采用模擬試驗(yàn)來(lái)選定。所謂的模擬試驗(yàn)就是通過(guò)小型零件的試驗(yàn)來(lái)確定大型零件的工藝參數(shù)和工藝條件。這種方法稱為“模型律”，或者“相似律”。
如果忽略與變化率有關(guān)的參數(shù)（如重力加速度，爆轟反應(yīng)率，熱導(dǎo)率，應(yīng)變率等），對(duì)于爆炸成形，幾何相似律成立。不難理解，所謂“幾何”就是指和尺寸、形狀相關(guān)的參數(shù)。這里，可以取藥包的相對(duì)尺寸（即藥包和毛料的特征長(zhǎng)度之比，例如可以采用它們的半徑作為特征長(zhǎng)度）和毛料的相對(duì)厚度（即毛料的厚度與其特征長(zhǎng)度之比）作為相似參數(shù)。那么，幾何相似律就是說(shuō)，在兩個(gè)爆炸成形問(wèn)題里，如果這一對(duì)相似參數(shù)相等（即兩個(gè)問(wèn)題中的幾何條件相似），那么成形效果（如成形量、成形精度等）就相似。鄭哲敏在1962年通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了，對(duì)普通的金屬和合金材來(lái)說(shuō)，幾何相似律至少在放大倍數(shù)不超過(guò)10的情況下確實(shí)是成立的。幾何相似律有十分廣泛的用途，人們可以通過(guò)小型的模擬試驗(yàn)結(jié)果來(lái)指導(dǎo)大型工件的生產(chǎn)，可以模擬的方面很廣泛，包括成形量、變薄、回彈、破壞、起皺、貼模速度、模具強(qiáng)度等等。
在生產(chǎn)的實(shí)踐中，常常遇到一些大體上幾何相似而尺寸上又不絕對(duì)成比例的零件，這時(shí)幾何相似律不能應(yīng)用，那么能否有一個(gè)既簡(jiǎn)單又實(shí)用的模型律呢？鄭哲敏等人又通過(guò)進(jìn)一步的研究，建立了“能量準(zhǔn)則”。在假設(shè)炸藥能利用效率是常數(shù)的條件下，他們導(dǎo)出了一個(gè)計(jì)算公式，感興趣的讀者可以參閱《高能成形》（國(guó)防工業(yè)出版社，1969）和《爆炸加工》（國(guó)防工業(yè)出版社，1981）等著作。但是他們?cè)涯芰繙?zhǔn)則簡(jiǎn)稱為“2,、4、8準(zhǔn)則”，就是說(shuō)：如果零件的尺寸不變，厚度需放大一倍的話，藥量需要兩倍；如果零件的厚度不變，尺寸需放大一倍的話，藥量需要四倍；如果零件的尺寸和厚度需放大一倍的話，那么藥量需要八倍。不難設(shè)想，這個(gè)準(zhǔn)則對(duì)于生產(chǎn)實(shí)踐是很有意義的。
四、模具設(shè)計(jì)
按照零件的類型，爆炸成型?？梢苑譃槔炷！⒚浶文?、壓印模、沖孔模等。作為例子，圖9給出兩種模具的典型結(jié)構(gòu)）。顯見(jiàn)，它們都是凹模。如前所述，爆炸成形的模具一般具有簡(jiǎn)單、數(shù)量少等優(yōu)點(diǎn)，但它的整體強(qiáng)度或表面強(qiáng)度要求都比沖壓模的高，而且還要設(shè)置排氣孔、抽氣孔等結(jié)構(gòu)。鄭哲敏研究團(tuán)隊(duì)計(jì)算過(guò)空心球形模具中的動(dòng)態(tài)應(yīng)力應(yīng)變，可以為模具的強(qiáng)度分析提供依據(jù)。
作為一個(gè)十分有趣而有意義的發(fā)展，鄭哲敏在1965年提出了“慣性模具”概念。這種模具是由數(shù)個(gè)可分離的、加工精確而能拼裝成一體的模塊組成（參見(jiàn)圖10）。一般而言，這種模具沒(méi)有強(qiáng)度，但是在爆炸成形過(guò)程中它能完全利用自身的慣性來(lái)阻止毛料與水的運(yùn)動(dòng)。雖然每次模具最終總是被沖散為幾塊，但是在炸散前毛料已經(jīng)成形。這些模塊可以重新組裝起來(lái)繼續(xù)使用。更重要的是，這項(xiàng)技術(shù)使人們能夠成形大型工件。這種方案已在成形、剪裁、脹形、深拉延等多種工藝中獲得成功。

綜上所述，我們就理解了《2012年度國(guó)家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)人選簡(jiǎn)介》這樣來(lái)描述鄭哲敏在爆炸成形方面的貢獻(xiàn)：鄭哲敏院士闡明了爆炸成形的機(jī)理和模型律，解決了火箭重要部件的加工難題，發(fā)展了一門(mén)新的力學(xué)分支學(xué)科—爆炸力學(xué)。

 （王柏懿撰文）