项目简介：  

本项目属于爆炸力学和冲击动力学领域。

结构和材料在爆炸/冲击载荷下的响应涉及应力波传播和材料动态特性，是力学和材料学的跨学科研究前沿，在国防和民用工程上有重大应用价值。本项目为王礼立及其团队逾20 年研究积累，主要内容为：1）非线性弹塑性波波速间断导致加-卸载边界的传播特征及卸载失效：发现了加-卸载边界传播规律及其定量确定方法。此成果被国际著名专家T.C.T. Ting评价为在一维波传播的弹塑性边界上应力和速度间断的系统研究中"了不起的突出结果"。2）非线性粘弹性本构理论及应用：提出描述高聚物动态力学行为的弱非线性粘弹性本构模型，揭示相应的应力波传播特征，并提出粘弹性Hopkinson杆实验技术。是我国学者在粘弹性理论向非线性发展的一个贡献，已应用于多种材料，被国内外引用150 余次，D.S.Cronin等认为"模型精确描述了材料在应变率1E-3～1E3 /s 的力学行为"；J. Field 等将Hopkinson粘弹性杆技术视为材料动态实验技术的一个标志性成果。3）应力波相关动态破坏：根据微损伤聚集过程中的应力松弛机制构建了裂纹演化方程，建立一种基于裂纹应变的层裂模型；建立了一个考虑裂纹成核，扩展及相互作用的模型，推进了不同应变率下脆性材料碎裂的研究；提出了韧性材料发生细观绝热剪切带的宏观热粘塑性本构失稳临界准则，定量揭示了剪切带与裂纹扩展的耦合关系，以及结构几何因素对绝热剪切演化的影响。成果获国际学者的认可和引用。4）应力波和材料动态特性相结合的研究用于解决鸟撞飞机，船撞桥和国防工程实际问题。首创的船撞桥新型柔性防护装置，明显降低撞击力并延长低载撞击历时，同时保护桥和船，被湛江海湾大桥采用，降低成本4亿元以上。

所发表10篇代表论著被他引317次，其中SCI85次，EI140次；对38篇其他论文的直接引用为120次，其中SCI论文48篇，EI论文69篇。耐撞性理论已有效应用于冲击工程。项目获得2006年高等学校科学技术奖（自然科学奖）一等奖和宁波市科技进步一等奖。

主要发现点：

本项目以固体中非线性应力波传播为主线，系统地研究爆炸/冲击等动载下结构中的波传播和材料动态变形-破坏行为，及两者的相互作用和耦合效应；并结合抗撞理论研究，解决冲击工程问题。

主要研究成果如下：

1）率先从应力波基本特性和材料应力应变关系在加-卸载转变时斜率发生间断的奇异性出发，对非线性加-卸载边界的传播进行系统完整的分析。发现了加-卸载边界传播规律，创立了定量确定加-卸载边界的方法；进而开展"卸载失效"的研究，首次提出塑性卸载波可导致加载侧"正面层裂"的机理。还发展了梁等结构冲击行为的应力波理论研究和应用。（爆炸波-冲击波-应力波；著作[1]，论文[2，4，7]）。

2）创立了弱非线性粘弹性本构模型，成功用于大量高聚物及其复合材料冲击力学特性的研究；揭示了弱非线性粘弹性波传播特征，发现由粘弹性材料的"松弛特征时间"所决定的"有效传播距离（时间）"概念。相应地，首次提出新型Hopkinson 粘弹性杆动态实验技术的粘弹性波分析方法，开拓了低波阻抗软材料动态力学性能试验研究技术（爆炸波-冲击波-应力波；著作[1]，论文[3，6]）。

3）对于应力波作用下材料动态破坏的三种重要形式，即层裂、碎裂和绝热剪切，建立了自主创新的模型。其中：对于反射卸载波所致的层裂，指出前人基于空穴增长的简化延性层裂理论不能用于脆性层裂，发现损伤聚集过程中处于临界碎裂体积时的松弛拉伸应力所引起的非弹性体积应变对脆性层裂起关键作用，从而创立了一种基于裂纹应变的层裂模型；对于脆性碎裂的核心-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，创立了一个考虑裂纹成核，扩展及相互作用的新模型，发现并建立了碎片平均尺度及分布对应变率、材料参数和材料缺陷的依赖关系，并以应力波理论加以阐明；对于绝热剪切，改进前人的热塑失稳理论，提出热粘塑性本构失稳理论，创建绝热剪切演化的"应变率-应变-温度"三变量准则，以及Ⅱ型裂纹绝热剪切扩展的"应力强度因子-应力强度率"双变量准则，并揭示材料微观组织形态、应力状态和结构几何形状对绝热剪切的影响，为钨合金预扭长杆穿甲弹实现"自锐"建立理论指导（冲击动力学；论文[5，8，9]）。

4）应力波理论和材料动态特性相结合创造性地应用于工程（鸟撞飞机，船撞桥和国防工程等）。由应力波和非线性粘弹性本构理论的分析，自主创立以大量钢丝绳圈为基本元件的新型船撞桥柔性耗能防护装置，通过绳圈元件的高柔度和耗能性明显降低撞击力，延长"早期低撞击力"的历时，让船有足够时间转变航向，带走大量剩余动能，从而同时保护了桥墩和船体（冲击动力学；论文[10]）。

主要完成人：

1.  王礼立

在《主要发现点》中的一、二、三、四项，特别在非线性应力波传播基本理论，加-卸载边界传播理论，动态粘弹性本构关系，实验技术，绝热剪切破坏，工程应用等方面做出了主要的创造性贡献。在整个项目的执行和研究方向的把握上做出关键的科研领导工作。工作成果体现为著作[1]主体，论文[3，7，10]主体，以及论文[2]部分。本人在此项目中投入的工作量占本人科研工作量的75%。

2.  虞吉林

在《主要发现点》第一项"应力波导致加-卸载边界的传播特征"上，共同做出了主要的创造性贡献。在《主要发现点》第三项"材料的应变率相关动态破坏：热粘塑性材料绝热剪切失稳理论"研究专题上，共同做出了主要的创造性和学术领导贡献。工作成果体现为论文[4，9]主体，以及论文[2]部分。本人在此项目中投入的工作量占本人科研工作量的50%。

3.  杨黎明

在《主要发现点》第二项"粘弹性本构理论及应用"上，在理论上一方面通过微力学和实验研究把高聚物推广到复合材料，另一方面把一维本构形式推广到三维，并对上百种粘弹性材料进行了本构特性研究，共同做出了主要的创造性贡献。承担著作[1]第12 章写作，同时分担项目执行的管理工作。工作成果体现为论文[6]主体。本人在此项目中投入的工作量占本人科研工作量的55%。

4.  陈大年

在《主要发现点》第三项"应变率相关动态破坏：基于微损伤聚集过程中应力松弛的层裂模型研究"部分，做出了主要的创造性和学术领导贡献。工作成果体现为论文[5]主体。本人在此项目中投入的工作量占本人科研工作量的50%。

5.  周风华

在《主要发现点》第三项"应变率相关动态破坏：冲击载荷下脆性材料的碎裂过程研究"部分，做出了主要的创造性贡献。在《主要发现点》第二项"粘弹性本构理论及应用"上，从理论和实验相结合上把高聚物非线性粘弹性本构理论发展到计及损伤演化，共同做出了主要的创造性贡献。工作成果体现为文献[8]主体。本人在此项目中投入的工作量占本人科研工作量的50%。

10篇代表性论文：

1.   王礼立：《应力波基础》国防工业出版社出版（北京）

2.   "杆中弱间断弹塑性边界的传播速度"，科学通报，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.  "船撞桥的钢丝绳柔性防撞装置的冲击动力学分析"，《祝贺郑哲敏先生八十华诞应用力学报告会-应用力学进展论文集》，洪友士主编，科学出版社，172-185页