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1绪论1.1 课题研究目的1.1.1 课题背景冲击波效应是多种弹箭的主要破坏力之一。
持续时间大于0.25ms压力值大于3.91KPa时就会对人员听觉器官造成损伤[1]。
当冲击波的动压高于70KPa时对于性能最好的C类地面野战通信设备结构和大部分零件破坏, 失去修复价值[2]。
超压大于100KPa 时各类飞机完全破坏, 当超压为50KPa-110KPa时, 能使地雷引爆, 无线电雷达站和各种轻武器受损或破坏[3]。
所以冲击波场超压测试是评价武器系统、工程爆破的有效手段。
爆炸产生的冲击波特性研究包括炸药爆轰过程以及其相应的物理效应、爆炸的特点、能量释放以及冲击波荷载形成的机理。
武器系统在研制、改进、定型、验收等环境都需要进行冲击波超压的测试, 以获得威力评估参数。
冲击波特点为冲击波上升沿陡峭, 信号带宽, 爆炸为瞬间单次过程, 爆炸时伴随高温高压强光强电磁干扰, 测试系统工作环境恶劣, 对测试系统的要求高[4]。
电测法是一种日渐成熟的压力测试方法，随着现代数字存储测试技术的发展，它已广泛用于工农业生产，特别是武器工业。
传统的电测试方法一般采用“压力传感器——放大器——瞬态信号记录仪——计算机”的形式构成测试系统。
这种测试系统存在几个不足之处：第一是信号传输电缆会产生“电缆效应”，有时严重干扰测试信号；第二是各级组成体分离不便于系统的标定和校准；第三是系统的测试设备较多，价格高，体积大，机动性差。
还有受测试环境影响较大，操作麻烦等不足的地方。
鉴于以上不足的地方，现在已经有了使用存储测试技术的微型测试系统。
存储测试系统一般是把传感器、适配放大器、A/D转换器、存储器、控制电路、接口电路以及电源集合在一起的微型化测试系统，它具有微小体积，能耐高的冲击加速度，较高的环境温度及环境压力，不需引线，在被测体工作过程中把信号记录下来，然后回收装置，用计算机读出和处理数据。
体积微小和测量时不受外界的电磁辐射是他们的最突出特点，使得过去不便于测量的场合能够进行直接测量[5]。
武汉理工大学硕士学位论文FCT方法在爆炸冲击波中的应用研究姓名：***申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：***201205摘要随着国家科学技术的快速发展，炸药在国防、建筑和生活等领域的应用越来越广泛，爆炸冲击波作为炸药所引起的主要效应，其传播规律的研究显得极其重要。
早在诺贝尔发明炸药的时候，人们就开始研究炸药所引起的一系列现象，爆炸冲击波作为动力荷载直接作用在结构物上，会引起结构物的剧烈振动和损伤，甚至超过结构物的极限承载能力发生而倒塌等非常严重的灾难。
虽然很多学者对爆炸冲击波传播问题进行了深入的研究，但在爆炸初期爆炸产物和冲击波相互作用，使得冲击波传播变得非常复杂，这对爆炸冲击波的模拟研究带来了很大的困难。
总的来说对爆炸冲击波的研究主要有理论分析、实验、数值仿真三种方法，人们一般利用实验及物理现象来研究其传播规律，但耗资巨大且受实验条件的限制，并且得到的实验数据非常有限。
随着计算机的发展及有限元理论的普及，利用商业有限元软件来模拟爆炸冲击波的传播成为可能。
现有的很多商业软件有ＬＳＤＹＮＡ、ＡＵＴＯＤＹＮ等，研究成本低且能够得到广泛的数据，但在计算的过程中这些软件引入了人工粘性技术来处理冲击波的强间断，由于人为抹平冲击波阵面，故使计算的压力峰值产生很大的误差，从而不能真实的反映爆炸冲击波的传播过程。
ＦＣＴ（简称通量修正输运法）方法是一种高阶的计算方法，它在计算连续性方程时，通过添加限制耗散通量的方法，很好的处理强间断区域的解析解问题且无数值振荡。
本文在研究ＦＣＴ方法原理的基础上，通过泰勒公式展开分析一维方程的耗散项，发现关键参数觚厶ｘ，ｖ之间一定的取值关系能够在原有的ＦＣＴ方法基础上在空间上提高一阶计算精度。
本文用方波的精确解与二阶中心差分方法、ＦＣＴ方法、新方法进行对比分析，验证了新改进的方法提高了ＦＣＴ方法的计算精度。
然后简单介绍了程序中四个主要子程序的变量及功能，并对边界条件的模拟进行讨论。
爆炸冲击波的实验研究及其模拟仿真技术爆炸冲击波是指在爆炸物体内部爆炸释放巨大能量时，产生的高速冲击波。
这种冲击波对于建筑物、船只等工业用途上的构造物，以及人类身体也有着极大的危害。
因此，研究爆炸冲击波在空间中的传播规律和对物体的影响是非常重要的。
对于爆炸冲击波的实验研究，一般需要使用爆炸实验和高速摄像技术。
爆炸实验是将爆炸物体放置在一个特定的实验场地内，通过引爆并记录其爆炸过程和释放的能量等信息来研究爆炸冲击波的规律。
而高速摄像技术则是通过使用高速相机记录冲击波的传播过程和对物体的作用，来了解其对不同物体的破坏规律。
另外，还有一种重要的研究方法就是模拟仿真技术。
利用计算机模拟仿真技术，可以更精细的模拟爆炸冲击波在空间中的传播过程和对不同物体的作用。
这种技术的优点是可以有效地减少人工实验的成本和安全风险，同时也可以控制仿真环境和数据记录方式。
在进行爆炸冲击波模拟时，需要建立一种精确的数学模型来表示其传播特性。
这个数学模型通常会基于爆炸物体的物理参数，如能量输入、爆炸物体材料的性质、空气密度和空气流动方向等。
利用这些参数，可以构建一种基于数理方程的物理模型，来模拟爆炸冲击波的传播规律和对不同物体的影响。
目前，常用的爆炸冲击波模拟软件有ANSYS、ABAQUS、FLUENT等。
这些软件在模拟过程中，通常需要输入爆炸物体的物理参数，然后构建中空球模型、立体模型等，来模拟爆炸冲击波在空间中的传播过程。
同时，还需要对仿真结果进行数据分析和对比，以增加仿真的可信度和精度。
除了模拟仿真技术，近年来，还出现了一种新的研究方法——无人机研究。
借助先进的无人机技术，研究人员可以在安全的距离内，实时记录爆炸冲击波在不同高度的传播规律。
这种方法可以保证研究人员的安全，并且获得的数据也更具有实际意义。
总之，爆炸冲击波是一个非常复杂和危险的自然现象，它对于人类社会的建筑、交通和人身安全都会产生巨大的影响。
因此，掌握研究爆炸冲击波的实验方法和模拟仿真技术，以及借助先进的科技手段进行研究，才能更好地了解这个自然现象的规律和应对方法。
关于爆破空气冲击波的研究1：空气冲击波炸药在空气中爆炸时，会将化学能转化为热能，产生高温高压的爆轰气体。
由于空气初始的大气压远远小于爆炸所产生的，所以周围的空气会被急剧的压缩，此时，密度和压强都会有跳跃式的升高，紧接着，会立刻迫使空气离开它原来的位置。
在空气的前沿产生了一个压缩状态的空气层，这个空气层会对周围的建筑物产生巨大的伤害。
这样一种能使介质的压力、密度、速度等参数发生急剧变化，产生陡立的波阵面，形成非周期性的脉冲，并以超音速传播的机械波叫做冲击波。
冲击波虽然以极高的速度传播，在运动的过程中由于能量的传递和损耗，速度衰减得很快，当波阵面压力降至周围气体压力时，波阵面并没有停止运动，由于惯性作用而继续运动，一直到速度衰减为零。
此时，波阵面的平均压力低于周围介质的压力，会出现负压区，出现负压后，周围介质反过来对波阵面进行第一次压缩，使其压力不断增加。
因此，冲击波传播过程中波阵面压力是迅速衰减的，并且初始阶段衰减快，后期衰减渐缓。
理想爆炸波与时间曲线2:稀疏波介质状态参数压力P ，密度ρ，温度T 均下降的波，特点是质点的移动方向与波的传播方向相反，弱扰动。
由它的性质得：min 001P P P =＜＜；min min 00P P P ∆-=＜由布罗德的理论工作和试验研究可近似关系，min 0.35P R R ∆-=, ＞1.6带入数据：7.0535.035.0min -=-=-=∆Rp 6.1≥R 3:超压计算炸药在空气自由场中爆炸时，影响空气爆炸冲击波波阵面超压如的因素主要有：炸药的能量E 0，空气初始状态下的压力P 0，密度ρ以及传播的距离R,用数学形式可表示:000(,,,)p f E p R ρ∆=。
一般来说，炸药的能量0E 可用其质量W 乘以爆热V Q ，将上式化作爆炸相似律公式，可表达为：)(3RW f P =∆ Q v 为爆热，指炸药在爆炸分解时释放出的热量。
爆热等于炸药的反应热，与爆炸产物的生成热之差。
关于爆破空气冲击波的研究1：空气冲击波炸药在空气中爆炸时，会将化学能转化为热能，产生高温高压的爆轰气体。
由于空气初始的大气压远远小于爆炸所产生的，所以周围的空气会被急剧的压缩，此时，密度和压强都会有跳跃式的升高，紧接着，会立刻迫使空气离开它原来的位置。
在空气的前沿产生了一个压缩状态的空气层，这个空气层会对周围的建筑物产生巨大的伤害。
这样一种能使介质的压力、密度、速度等参数发生急剧变化，产生陡立的波阵面，形成非周期性的脉冲，并以超音速传播的机械波叫做冲击波。
冲击波虽然以极高的速度传播，在运动的过程中由于能量的传递和损耗，速度衰减得很快，当波阵面压力降至周围气体压力时，波阵面并没有停止运动，由于惯性作用而继续运动，一直到速度衰减为零。
此时，波阵面的平均压力低于周围介质的压力，会出现负压区，出现负压后，周围介质反过来对波阵面进行第一次压缩，使其压力不断增加。
因此，冲击波传播过程中波阵面压力是迅速衰减的，并且初始阶段衰减快，后期衰减渐缓。
理想爆炸波与时间曲线2:稀疏波介质状态参数压力P ，密度ρ，温度T 均下降的波，特点是质点的移动方向与波的传播方向相反，弱扰动。
由它的性质得：min 001P P P =＜＜；min min 00P P P ∆-=＜由布罗德的理论工作和试验研究可近似关系，min 0.35P R R ∆-=, ＞1.6带入数据：7.0535.035.0min -=-=-=∆Rp 6.1≥R 3:超压计算炸药在空气自由场中爆炸时，影响空气爆炸冲击波波阵面超压如的因素主要有：炸药的能量E 0，空气初始状态下的压力P 0，密度ρ以及传播的距离R,用数学形式可表示:000(,,,)p f E p R ρ∆=。
一般来说，炸药的能量0E 可用其质量W 乘以爆热V Q ，将上式化作爆炸相似律公式，可表达为：)(3RW f P =∆ Q v 为爆热，指炸药在爆炸分解时释放出的热量。
爆热等于炸药的反应热，与爆炸产物的生成热之差。
