防護(hù)工程技術(shù)的幾點(diǎn)展望

爆炸力學(xué)、彈塑性動(dòng)力學(xué)、計(jì)算力學(xué)，巖土工程。結(jié)構(gòu)工程、材料學(xué)計(jì)算機(jī)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)理論與技術(shù)等交叉的邊緣學(xué)科。其技術(shù)的發(fā)展受到國內(nèi)外政治經(jīng)濟(jì)形勢(shì)、軍事理論、WQ裝備和工程科學(xué)技術(shù)發(fā)展的制約和影響。防驢工程技術(shù)涉及廣泛的領(lǐng)域，現(xiàn)簡述幾點(diǎn)展望。

一、WQ效應(yīng)與工程防護(hù)

未來的戰(zhàn)爭(zhēng)樣式，將是HWQ威懾下的高技術(shù)常規(guī)戰(zhàn)爭(zhēng)。WQ效應(yīng)與工程防護(hù)是防護(hù)工程技術(shù)研究的基本內(nèi)容。隨著新的塑性裝藥、聚能穿甲裝藥和爆炸性演化氣體裝藥等新型常規(guī)WQ的發(fā)展，及制導(dǎo)WQ命中精度的提高，需要發(fā)展其破壞機(jī)理與效應(yīng)的理論和實(shí)驗(yàn)研究。在確定WQ破壞效應(yīng)、工程損毀概率與人員設(shè)備損傷標(biāo)準(zhǔn)之間的定量關(guān)系的基礎(chǔ)上人建立新的工程破壞的概念和相應(yīng)的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，從而發(fā)展新的防護(hù)技術(shù)與措施。改善防護(hù)遮彈層的材料和構(gòu)造特征，是被動(dòng)式抗直接命中的遮彈層正在發(fā)展的途徑。這要求提高高強(qiáng)。鋼纖、鋼包、浸漬砼等材料的材性，并研究各種新的高強(qiáng)復(fù)合材料。改善遺彈層的前面輪勵(lì)、空間幾何構(gòu)戍及采用新的抗沖擊的故體耗能材料和剛?cè)釓?fù)合構(gòu)這，可以減小直接命中彈丸的沖擊爆炸破壞概率和效應(yīng)。發(fā)展高科技的遮彈層主動(dòng)防護(hù)技術(shù)，是抗常規(guī)WQ直接命中新的發(fā)展方向。采用傳感、自控技術(shù)與爆炸力學(xué)的理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，可使來襲WQ提前損毀或主動(dòng)削弱其效應(yīng)。為了適應(yīng)高技術(shù)常規(guī)戰(zhàn)爭(zhēng)戰(zhàn)區(qū)工程構(gòu)筑的需要，要求利用材料科學(xué)的研究成果，發(fā)展多種輕質(zhì)高強(qiáng)復(fù)會(huì)材料、復(fù)合結(jié)構(gòu)和裝配式移動(dòng)多用途結(jié)構(gòu)，以及滿足戰(zhàn)場(chǎng)機(jī)動(dòng)要求的快速施工技術(shù)及快速修復(fù)技術(shù)。

HWQ空中爆炸沖擊波研究，期望進(jìn)一步考慮炸后介質(zhì)物理變化過程夏真實(shí)的狀態(tài)方穆，改進(jìn)空爆時(shí)特別是馬赫反射區(qū)和過渡反射區(qū)的理論分析與模擬試驗(yàn)研究。HWQ地爆或觸地的巖土中強(qiáng)爆炸波的傳播，需要更深入地體現(xiàn)結(jié)構(gòu)與巖體的物理力學(xué)特征和工程地質(zhì)特征，建立更符合告體真實(shí)狀態(tài)的強(qiáng)沖擊脈沖荷載下的本構(gòu)關(guān)系，并發(fā)展相應(yīng)的數(shù)值分析方法。對(duì)于已建的重要地下防護(hù)工程，則應(yīng)發(fā)展各種折的防H加固技術(shù)。

二、巖上中爆炸波及與結(jié)構(gòu)的動(dòng)力相互作用

這一領(lǐng)域主要涉及反映巖土宏觀性質(zhì)的本構(gòu)關(guān)系，分析計(jì)算方法及巖土結(jié)構(gòu)交界面的工作條件等諸方面。已建立的各種粘彈塑性本構(gòu)模型，基本是以靜力試驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)的，數(shù)值分析方法也多基于連續(xù)介質(zhì)力學(xué)。由于巖土體是多相多組分介質(zhì)，實(shí)際巖體廣泛存在各類大小軟弱結(jié)構(gòu)面。建立新的理論本構(gòu)模型，可以發(fā)展強(qiáng)沖擊高應(yīng)變速率下考慮裂隙節(jié)理的各種斷裂損傷模型；探討將理性力學(xué)、不可逆過程熱力學(xué)引入巖土工程，研究基于現(xiàn)代混合物理論的統(tǒng)一理論模型。本構(gòu)關(guān)系所研究的另一方面，是直接利用動(dòng)力試驗(yàn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，建立數(shù)值型本構(gòu)關(guān)系數(shù)據(jù)庫。將新的本構(gòu)模型應(yīng)用于工程實(shí)際，還必須選擇適當(dāng)?shù)挠?jì)算參數(shù)，解決溝通模型參數(shù)與通常的工程參數(shù)之間關(guān)系的問題。相應(yīng)的數(shù)值分析方法，已發(fā)展了有限元、隨機(jī)有限元、離散元法等?，F(xiàn)正將斷裂力學(xué)、損傷力學(xué)的研究成果引入離散化的計(jì)算分析，并期望進(jìn)一步發(fā)展基于非連續(xù)介質(zhì)力學(xué)和微結(jié)構(gòu)介質(zhì)力學(xué)分析方法。如何處理巖土與結(jié)構(gòu)交界面的工作條件，新的研究方向是將交界面作為較嚴(yán)格的接觸問題來研究。這類接觸非線性有彈性和彈塑性接觸問題，需要運(yùn)用變分不等式，拉氏乘子法或數(shù)學(xué)規(guī)劃等技術(shù)求解。從工程實(shí)用的目的研究動(dòng)力相互作用的另一途徑，是在工程簡化條件下，利用波動(dòng)力學(xué)和基于宏觀效應(yīng)的“拱效應(yīng)"分析法，給出便于工程應(yīng)用的簡易的解析表達(dá)式。

三、防護(hù)結(jié)構(gòu)動(dòng)力計(jì)算與設(shè)計(jì)

防護(hù)結(jié)構(gòu)動(dòng)力問題的加載和響應(yīng)，一般在秒量級(jí)內(nèi)發(fā)生，構(gòu)件極限延性比可達(dá)5～10或更大。發(fā)展地下防護(hù)結(jié)構(gòu)分析的工程實(shí)用方法，需要在簡化行波加載特點(diǎn)、地面建筑影響、動(dòng)力相互作用及材料裂縫開展過程等因素的基礎(chǔ)上，給出結(jié)構(gòu)按整體分析計(jì)算的應(yīng)用結(jié)論。對(duì)于結(jié)構(gòu)承受瞬態(tài)荷載的沖擊爆炸作用，期望更一步解決振動(dòng)與波動(dòng)問題復(fù)合的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)問題。關(guān)于防護(hù)結(jié)構(gòu)的數(shù)值分析法，已發(fā)展了多種離散化分析方法。但大多以應(yīng)力參數(shù)為基本多數(shù)，現(xiàn)已不能適應(yīng)大變形結(jié)構(gòu)分析的需要以致使計(jì)算失敗，而應(yīng)進(jìn)一步發(fā)展以應(yīng)變參數(shù)為基本參數(shù)的分析法。在防護(hù)工程設(shè)計(jì)可靠度理論方面，要求建立構(gòu)件抗彈丸侵徹貫穿和震塌等局部作用設(shè)計(jì)的可靠反理論。另一方面承受爆炸荷載整體作用的巖上中防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，由于非隨機(jī)不確定因素增多，非線性特征增強(qiáng)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)缺乏，給發(fā)展概率設(shè)計(jì)法增加了困難。

這需要利用有限的統(tǒng)計(jì)資料，綜合結(jié)構(gòu)分析的研究成果，建立接近工程實(shí)際的計(jì)算模型，并進(jìn)行工程校準(zhǔn)和隨機(jī)誤差分析。如果工程考慮對(duì)HWQ多種效應(yīng)的綜合防護(hù)，還應(yīng)在系統(tǒng)分析基礎(chǔ)上，對(duì)各種效應(yīng)合理分配可靠度指標(biāo)，再進(jìn)行結(jié)構(gòu)的概率設(shè)計(jì)。

此外，發(fā)展防護(hù)工程設(shè)計(jì)的cAD技術(shù)，鼗是提高工程設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率的重要途徑。

四、計(jì)算機(jī)模擬與物理實(shí)驗(yàn)

新興計(jì)算機(jī)仿真模擬試驗(yàn)與物理實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，是防護(hù)工程實(shí)驗(yàn)研究發(fā)展的重要趨勢(shì)。相應(yīng)于巖土工程介質(zhì)本構(gòu)模型的發(fā)展，沖擊爆炸短時(shí)動(dòng)力學(xué)數(shù)值分析法的發(fā)展，以及計(jì)算機(jī)數(shù)值圖形顯示技術(shù)與圖象技術(shù)的發(fā)展，為開拓防護(hù)工程的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)領(lǐng)域提供了前提條件