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爆炸力学的奠基性贡献

发布时间:2021-08-26

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  郑哲敏在科研生涯的最早期主要从事热弹性力学和水弹性力学的研究。回国后,根据国家的需要从事地震响应、水轮机叶型等方面的研究工作。因为国家科研布局的调整,在相关研究方向转移到其他研究机构后,郑哲敏建议了高速高压塑性动力学方向,并在很短时间内在爆炸成形方面,取得了完整、深入的研究成果,从而促进了爆炸力学学科的诞生,拉开了爆炸力学研究的序幕。郑哲敏在爆炸力学方面的主要贡献包括:

  1.提出流体弹塑性体模型,促进形成完备的爆炸力学学科体系

  对于变形体力学系统来说,一个学科的形成是以可靠本构关系的建立为标志的。郑哲敏等人独立地与国外同时提出了一种新的力学模型——流体弹塑性体模型。这一模型能够满意地表征介质在流体性质和固体性质之间的紧密耦合及其运动在时间和空间上的连续变化的天然特征,可统一处理从高压气体(几百万大气压)到低压固体的爆炸与高速冲击问题,他们应用这个模型对地下核试验的当量预报做出了贡献。这一理论是强动载荷力学效应领域标志性的进展,已成为爆炸与冲击动力学的基石,被广泛应用于地下核爆炸,坦克与反坦克武器,空间反导以及钻地核爆弹等重要军事应用。

  2.建立爆炸力学的基本研究方法,为武器设计与武器效应评估提供崭新的力学基础

  郑哲敏院士及其领导的集体针对常规武器中最重要的穿破甲问题,得到了穿甲相似律和比国际流行的Tate公式更为有效的穿甲模型;对于破甲问题,他建立了描述金属装甲破甲机理的流体弹塑性体模型和破甲相似律,阐明了破甲机理,指出金属材料的惯性和强度起决定作用,而可压缩性和相变影响可被忽略,建立了比国际公认的Eichelberger公式更符合实际的侵彻深度计算公式。这些工作为相关武器的设计提供了新的工具,更加重要的是建立了爆炸力学研究的基本范式。

  3.开辟了爆炸成形、爆炸筑堤等关键技术领域,解决重大工程建设的核心难题

  在爆炸成形方面,发展了水下爆炸及其与结构相互作用的理论,阐明了爆炸成形机制。在此基础上,他与研究集体提出了模型试验所应依据的几何相似律以及能量准则;发明了分块拼装的惯性模等系列新工艺新方法,解决了导弹上天关键的制造与加工问题。相类似的,他与研究集体针对我国大量存在的海岸软基处理难题,取得了爆炸排淤填实法、爆炸夯实法、爆炸挤淤泥法等系列爆炸处理水下软基新技术,该技术费用低、适用广、效率高,已在海军1664工程防波堤、连云港西大堤、深圳滨海大道围堤等重大工程建设,取得巨大的经济和社会效益。此方面的工作,使得“爆炸”成为一种能够精确掌控的“建设”手段,是爆炸力学在重大工程中应用的典范。

  此外,郑哲敏在“瓦斯突出”机理研究中,利用量纲分析和量级估算,在对我国煤矿“瓦斯突出”事件进行定量分析的基础上得出结论,认为“瓦斯突出”的动力来源于煤层瓦斯中含有的机械能。

  1986年在北京举行的国际强动载荷及其效应学术会议上,郑哲敏做了《流体弹塑性动力学若干问题》的大会特邀报告;同时,郑哲敏领导的研究集体在分会上报告了16篇论文,内容覆盖了穿甲与侵彻,爆炸焊接,爆炸成形,高应变率下的材料力学性能等问题,全面展示了他们在爆炸力学方面的研究成果。

  因为郑哲敏在爆炸力学方面的贡献,他获得了一系列重要的科技奖励,包括:“流体弹塑性模型及其在核爆炸与穿破甲方面的应用”,国家自然科学奖二等奖(1982年);“爆炸处理水下软基”,国家科技进步奖二等奖(1990年);“热塑性剪切带”,国家自然科学奖二等奖(1994年,第二名);“爆炸成形模型律与成型机制”,国家“新产品、新技术、新材料、新工艺”奖(1964年);“金属板爆炸复合的理论与应用”,亚博yabo888vip网页版登录自然科学奖一等奖(1989年);“连云港爆炸处理水下软基”,亚博yabo888vip网页版登录科技进步奖一等奖(1988年);“聚能射流和侵彻机理的研究”,全国科学大会奖(1978年);陈嘉庚技术科学奖(1994年);何梁何利基金科学与技术进步奖(1996年);防护工程杰出成就奖(2008年)等。

(责任编辑:侯茜)

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