項目簡介：  

本項目屬于爆炸力學和沖擊動力學領域。

結構和材料在爆炸/沖擊載荷下的響應涉及應力波傳播和材料動態特性，是力學和材料學的跨學科研究前沿，在國防和民用工程上有重大應用價值。本項目為王禮立及其團隊逾20 年研究積累，主要內容為：1）非線性彈塑性波波速間斷導致加-卸載邊界的傳播特征及卸載失效：發現了加-卸載邊界傳播規律及其定量確定方法。此成果被國際著名專家T.C.T. Ting評價為在一維波傳播的彈塑性邊界上應力和速度間斷的系統研究中"了不起的突出結果"。2）非線性粘彈性本構理論及應用：提出描述高聚物動態力學行為的弱非線性粘彈性本構模型，揭示相應的應力波傳播特征，并提出粘彈性Hopkinson桿實驗技術。是我國學者在粘彈性理論向非線性發展的一個貢獻，已應用于多種材料，被國內外引用150 余次，D.S.Cronin等認為"模型精確描述了材料在應變率1E-3～1E3 /s 的力學行為"；J. Field 等將Hopkinson粘彈性桿技術視為材料動態實驗技術的一個標志性成果。3）應力波相關動態破壞：根據微損傷聚集過程中的應力松弛機制構建了裂紋演化方程，建立一種基于裂紋應變的層裂模型；建立了一個考慮裂紋成核，擴展及相互作用的模型，推進了不同應變率下脆性材料碎裂的研究；提出了韌性材料發生細觀絕熱剪切帶的宏觀熱粘塑性本構失穩臨界準則，定量揭示了剪切帶與裂紋擴展的耦合關系，以及結構幾何因素對絕熱剪切演化的影響。成果獲國際學者的認可和引用。4）應力波和材料動態特性相結合的研究用于解決鳥撞飛機，船撞橋和國防工程實際問題。首創的船撞橋新型柔性防護裝置，明顯降低撞擊力并延長低載撞擊歷時，同時保護橋和船，被湛江海灣大橋采用，降低成本4億元以上。

所發表10篇代表論著被他引317次，其中SCI85次，EI140次；對38篇其他論文的直接引用為120次，其中SCI論文48篇，EI論文69篇。耐撞性理論已有效應用于沖擊工程。項目獲得2006年高等學�？茖W技術獎（自然科學獎）一等獎和寧波市科技進步一等獎。

主要發現點：

本項目以固體中非線性應力波傳播為主線，系統地研究爆炸/沖擊等動載下結構中的波傳播和材料動態變形-破壞行為，及兩者的相互作用和耦合效應；并結合抗撞理論研究，解決沖擊工程問題。

主要研究成果如下：

1）率先從應力波基本特性和材料應力應變關系在加-卸載轉變時斜率發生間斷的奇異性出發，對非線性加-卸載邊界的傳播進行系統完整的分析。發現了加-卸載邊界傳播規律，創立了定量確定加-卸載邊界的方法；進而開展"卸載失效"的研究，首次提出塑性卸載波可導致加載側"正面層裂"的機理。還發展了梁等結構沖擊行為的應力波理論研究和應用。（爆炸波-沖擊波-應力波；著作[1]，論文[2，4，7]）。

2）創立了弱非線性粘彈性本構模型，成功用于大量高聚物及其復合材料沖擊力學特性的研究；揭示了弱非線性粘彈性波傳播特征，發現由粘彈性材料的"松弛特征時間"所決定的"有效傳播距離（時間）"概念。相應地，首次提出新型Hopkinson 粘彈性桿動態實驗技術的粘彈性波分析方法，開拓了低波阻抗軟材料動態力學性能試驗研究技術（爆炸波-沖擊波-應力波；著作[1]，論文[3，6]）。

3）對于應力波作用下材料動態破壞的三種重要形式，即層裂、碎裂和絕熱剪切，建立了自主創新的模型。其中：對于反射卸載波所致的層裂，指出前人基于空穴增長的簡化延性層裂理論不能用于脆性層裂，發現損傷聚集過程中處于臨界碎裂體積時的松弛拉伸應力所引起的非彈性體積應變對脆性層裂起關鍵作用，從而創立了一種基于裂紋應變的層裂模型；對于脆性碎裂的核心-碎片尺度及其分布，指出了沿用多年的Grady及Glenn-Chudnovsky公式之不足，創立了一個考慮裂紋成核，擴展及相互作用的新模型，發現并建立了碎片平均尺度及分布對應變率、材料參數和材料缺陷的依賴關系，并以應力波理論加以闡明；對于絕熱剪切，改進前人的熱塑失穩理論，提出熱粘塑性本構失穩理論，創建絕熱剪切演化的"應變率-應變-溫度"三變量準則，以及Ⅱ型裂紋絕熱剪切擴展的"應力強度因子-應力強度率"雙變量準則，并揭示材料微觀組織形態、應力狀態和結構幾何形狀對絕熱剪切的影響，為鎢合金預扭長桿穿甲彈實現"自銳"建立理論指導（沖擊動力學；論文[5，8，9]）。

4）應力波理論和材料動態特性相結合創造性地應用于工程（鳥撞飛機，船撞橋和國防工程等）。由應力波和非線性粘彈性本構理論的分析，自主創立以大量鋼絲繩圈為基本元件的新型船撞橋柔性耗能防護裝置，通過繩圈元件的高柔度和耗能性明顯降低撞擊力，延長"早期低撞擊力"的歷時，讓船有足夠時間轉變航向，帶走大量剩余動能，從而同時保護了橋墩和船體（沖擊動力學；論文[10]）。

主要完成人：

1.  王禮立

在《主要發現點》中的一、二、三、四項，特別在非線性應力波傳播基本理論，加-卸載邊界傳播理論，動態粘彈性本構關系，實驗技術，絕熱剪切破壞，工程應用等方面做出了主要的創造性貢獻。在整個項目的執行和研究方向的把握上做出關鍵的科研領導工作。工作成果體現為著作[1]主體，論文[3，7，10]主體，以及論文[2]部分。本人在此項目中投入的工作量占本人科研工作量的75%。

2.  虞吉林

在《主要發現點》第一項"應力波導致加-卸載邊界的傳播特征"上，共同做出了主要的創造性貢獻。在《主要發現點》第三項"材料的應變率相關動態破壞：熱粘塑性材料絕熱剪切失穩理論"研究專題上，共同做出了主要的創造性和學術領導貢獻。工作成果體現為論文[4，9]主體，以及論文[2]部分。本人在此項目中投入的工作量占本人科研工作量的50%。

3.  楊黎明

在《主要發現點》第二項"粘彈性本構理論及應用"上，在理論上一方面通過微力學和實驗研究把高聚物推廣到復合材料，另一方面把一維本構形式推廣到三維，并對上百種粘彈性材料進行了本構特性研究，共同做出了主要的創造性貢獻。承擔著作[1]第12 章寫作，同時分擔項目執行的管理工作。工作成果體現為論文[6]主體。本人在此項目中投入的工作量占本人科研工作量的55%。

4.  陳大年

在《主要發現點》第三項"應變率相關動態破壞：基于微損傷聚集過程中應力松弛的層裂模型研究"部分，做出了主要的創造性和學術領導貢獻。工作成果體現為論文[5]主體。本人在此項目中投入的工作量占本人科研工作量的50%。

5.  周風華

在《主要發現點》第三項"應變率相關動態破壞：沖擊載荷下脆性材料的碎裂過程研究"部分，做出了主要的創造性貢獻。在《主要發現點》第二項"粘彈性本構理論及應用"上，從理論和實驗相結合上把高聚物非線性粘彈性本構理論發展到計及損傷演化，共同做出了主要的創造性貢獻。工作成果體現為文獻[8]主體。本人在此項目中投入的工作量占本人科研工作量的50%。

10篇代表性論文：

1.   王禮立：《應力波基礎》國防工業出版社出版（北京）

2.   "桿中弱間斷彈塑性邊界的傳播速度"，科學通報，V.26, No.19, pp1213-1214

3.   "Generalization of Split Hopkinson Bar technique to use viscoelastic bars", International Journal of Impact Engineering, V.15, No.5, pp669-686

4.   "Further experimental investigation on the failure of clamped beams under impact loads", International Journal of Solids and Structure, V.27, No.8, pp1113-1137

5.   "Crack straining-based spall model", International Journal of Impact Engineering, V.19, No.2, pp107-116

6.   "A visco-hyperelastic approach to modelling the constitutive behaviour of rubber", International Journal of Impact Engineering, V.20, No.8/9, pp545-560

7.   "Surface damage of polymethylmethacrylate plates by ice and nylon ball impacts", Journal of Applied Physics, V.78, No.3, pp1643-1649

8.   "Dynamic crack propagation with cohesive elements: a methodology to address mesh dependency", International Journal of Numerical Methods in Engineering, V.59, No.1, pp1-24

9.   "Influence of stress condition on adiabatic shear localization of tungsten heavy alloys", International Journal of Impact Engineering, V.26, No.1-10, pp843-852

10.  "船撞橋的鋼絲繩柔性防撞裝置的沖擊動力學分析"，《祝賀鄭哲敏先生八十華誕應用力學報告會-應用力學進展論文集》，洪友士主編，科學出版社，172-185頁