爆炸力學課程建設思考與研究

張玉令　羅興柏　王國棟

摘要：在分析爆炸力學特點及課程教學困難的基礎上，研究得到了課程建設的思路，確定了課程的研究范疇和授課內容體系。

關鍵詞：爆炸力學；課程體系；課程建設

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）12-0206-02

《爆炸力學》是我院彈藥工程專業研究生最新開設的一本必修課，彈藥工程專業涵蓋彈藥裝備的可靠性、安全性、儲存性、測試性、保障性等研究領域，主要以彈藥裝備為對象，研究彈藥的系統設計、靶場試驗、作戰效能評估、維修銷毀、安全防護、戰場運用等內容。因此，彈藥工程領域都直接與彈藥爆炸相關，都很大程度上需要學習《爆炸力學》的相關知識，必須開設《爆炸力學》課程。

一、爆炸力學課程特點

爆炸力學是力學的一個分支，是流體力學、固體力學和物理學、化學之間的一門交叉學科。爆炸力學中的研究，常需要考慮力學因素和化學物理因素的耦合、流體特性和固體特性的耦合、載荷和介質的耦合等，這就為爆炸力學課程帶來以下特點[1，2]。

1.多學科的滲透和結合是爆炸力學主要內容的特點。這為爆炸力學的學習帶來一定的困難，需要學員擁有廣泛的多學科的知識儲備，并能將這些知識在學習中融會交融，用于分析爆炸中的力學及力學效應問題。

2.課程理論性強。比如炸藥的起爆爆轟過程、爆轟產物的飛散、沖擊波的形成和傳播、固體應力波形成傳播等知識具有很強的理論性，內容也比較抽象，部分內容甚至晦澀難懂，單純地進行理論分析和理論計算不能將授課內容形象地傳授給學員。

3.體系性強，內容環環相扣。必須系統地安排課程內容，才能保證獲得較好的學習效果。如圖1，要評估榴彈威力，就要分別對破片、爆轟產物、沖擊波等三個元素進行系統的研究，才能全面分析評估榴彈威力，對三個元素的研究又涉及爆轟產物的形成、飛散、拋射作用，以及沖擊波的形成、傳播和作用等方面，只有對這些彈藥爆炸知識進行系統地學習，才能夠解決榴彈威力評估這個工程問題。

二、課程教學面對的困難

1.學員理論基礎不足。從該專業的招生要求上看，生源應具備一定的力學、物理、安全科學、爆炸理論、控制技術、計算機技術等相關領域的知識，部分學員學習了火炸藥學和彈藥學的知識，相對來講，具備了一定的爆炸知識學習的基礎。但是，對于很好地學習爆炸力學基礎知識還有一定的差距。

2.需要注意培養學員理論知識與工程應用結合利用的能力。我院為工科院校，對彈藥工程專業學員的培養，是基于希望學員能夠利用所學的知識解決彈藥工程問題。在《爆炸力學》課程學習中，如何引導學員以力學的觀點和思維分析彈藥工程應用中出現的問題，準確查找問題出現的原因，并以此指導具體的工程應用和指揮管理，培養學員學以致用的意識和能力是必須注意和解決的問題。

3.教學資源缺乏。作為新建課程，需要建設大量的教學資源，雖然有多所其他院校已經開設《爆炸力學》課程，但由于院校培養目標的不同，整個課程體系構成基礎不同，教學環境和條件不同，學員基礎知識體系也不相同，不能簡單地將其他院校爆炸力學課程體系移植過來，必須構建符合我院培養目標的課程體系。

三、課程建設思路

針對《爆炸力學》課程特點，在課程建設過程中按照專業培養目標，注重理論與工程應用相結合，在授課效果追求上注意培養學員獨立學習爆炸力學知識的能力，培養學員進行系統學習理論知識的素質；在授課內容體系上，注意基礎知識的補充學習；在授課手段和方法上，以引導學員主動分析學習為主。具體做法有以下幾種。

1.積極開展教學研究。爆炸力學是力學的一個重要分支，已經形成了自己的理論基礎和理論系統，通過加強教學研究，開展與同類課程的深入比較，在掌握我院學員基礎知識體系，明確自身優勢和差距的基礎上，確定課程建設的目標、原則和總體思路，并建立完善的、符合教學目標的教學大綱，構建教學內容體系。

2.利用引進與自編相結合的方式建設立體化教材體系。首先繼承經典教材的基本思路和主要特色，積極引進先進、適用的優秀教材，通過對比研究，確定貼近教學內容的主教材，以學習指導、電子教案、數值模擬方法為主要內容的輔助教材，建立初步的立體化教材體系。根據授課實踐，結合研究獲得的教學理念、方法和手段，編寫新教材，建立特色的立體化教材體系。

3.充分結合教員隊伍建設，開發教學資源。組織老教員和掌握計算機應用技術的青年教員，進行教學資源開發建設。年輕教員通過與優秀教員共同制作教學網站、多媒體課件和編寫教材，熟悉教學規范和教學規律，夯實教學基礎。另一方面，在參加教學資源建設過程中，了解國內外專業教學現狀，吸收最新的教學研究成果，從而促進自主教學研究與改革能力的提高。

四、課程范疇

根據爆炸力學內涵，爆炸力學的本質特征是以力學的觀點方法研究爆炸現象，研究內容包括爆炸的發生和發展規律、爆炸的力學效應、對爆炸力學效應的防護等三個方面。由于爆炸可以是炸藥爆炸，亦可以是其他爆炸；爆炸的發生和發展規律研究可以前伸到炸藥的原子或分子等微觀層面，也可以停留在諸如起爆條件和爆轟產物狀態等宏觀層面；爆炸力學的力學效應可以止于直接效應（如空氣沖擊波），也可以后延至間接效應（如彈丸破片的擊穿作用）。但考慮到彈藥工程專業研究需要，且開設有諸如《彈丸終點效應》等相關課程，界定本課程的授課范疇為：（1）研究對象為炸藥爆炸，且以凝聚炸藥為主；（2）爆炸的發生和發展規律停留于爆轟過程宏觀層面，不研究化學反應過程，只研究穩定爆轟條件和爆轟產物狀態；（3）爆炸的力學效應止于直接效應即爆轟產物對直接接觸介質（彈體、空氣等）的機械效應，不研究熱效應和其他可能的效應，也不研究介質的后續效應；（4）不研究爆炸的力學效應防護問題，因其屬于爆炸的力學效應或彈丸終點效應的反面問題。

五、課程內容體系建設

主要包括爆炸基本理論以及爆炸后爆炸波在空氣、水、巖石等不同介質中傳播和衰減規律以及爆炸作用下固體介質的運動破裂情況。主要介紹爆炸的基本概念、固體中的應力波、爆炸及其在介質中的效應、空中爆炸理論及應用水中爆炸及應用和巖土中的爆炸理論及應用。內容安排如下。

1.基礎知識。簡要回顧張量和場論基礎知識，介紹爆炸現象和類別、炸藥基本特性與化學變化形式，約定爆炸力學內涵與研究范疇，介紹爆炸力學研究方法和發展簡史，為本課程的學習建立基本框架和共同語境。

2.氣體動力學基礎知識。簡要介紹氣體的物理性質、氣體的狀態參量與狀態方程、熱力學基礎、波與聲波，著重闡釋氣體的平面一維流動和平面正沖擊波，為學習爆轟過程和爆轟產物飛散等內容奠定基礎。

3.凝聚炸藥爆轟過程。簡要介紹炸藥起爆過程與穩定爆轟條件、均質炸藥起爆的熱爆炸理論、非均質炸藥起爆的熱點理論、燃燒向爆轟的轉變，著重闡釋凝聚炸藥爆轟參數計算，以揭示炸藥爆炸的發生和發展規律，為研究爆炸的力學效應奠定必要基礎。

4.爆轟產物的一維飛散與推進作用。主要介紹爆轟產物的一維飛散、接觸爆炸對剛性壁面的作用、接觸爆炸對剛性物體的一維拋射，簡要介紹彈丸破片初速計算，為研究爆炸的力學效應提供典型示范。

5.爆炸對固體的應力波作用。主要介紹爆炸對固體作用的基本現象、動載固體應力波基本知識、層裂機理與參數計算，為研究爆炸或其他沖擊載荷對固體物質的力學效應建立理論基礎。

6.空氣中爆炸沖擊波作用。主要介紹空氣中爆炸的基本現象、量綱理論與爆炸相似律、空氣沖擊波參數計算，為研究爆炸對高壓縮性流體物質的力學效應建立理論基礎。

7.密室介質中的爆炸作用。簡要介紹水中爆炸作用、土石介質中爆炸作用，為研究爆炸對密室介質的力學效應提供理論指導。

8.爆炸力學數值模擬計算。以實際案例為線索，概述數值模擬計算方法，介紹有限元分析軟件、算法選擇、網格構造與設置、材料模型及其選用，闡釋數值模擬計算的實驗驗證與修正等內容，為運用數值模擬方法研究解決爆炸力學問題提供理論指導和實踐示范[3]。

六、結論

在本課程的建設中，通過充分分析我院教學條件、教員素質和學員基礎知識結構等因素，牢牢抓住爆炸力學發展動態，結合學科專業特點，建立課程內容，完善教學手段，豐富教學資源，加強師資隊伍建設，充實實驗條件，建立具有網絡教學手段、虛擬試驗環境和實施交互式教學特色的課程體系，必定使學員能夠有目的性地學習、自主學習、探究學習，使學員在獲取知識的同時，提高認知能力和研究能力，培養學員的創新意識。并能夠通過課程的實踐教學建設，在使學員掌握課程理論知識和思維方法的基礎上，加強學員的實驗技能及理論聯系實際能力的培養。

參考文獻：

[1]惲壽榕，趙衡陽.爆炸力學[M].北京：國防工業出版社，2005.

[2]葉序雙.爆炸力學基礎[M].南京：解放軍理工大學，2004.

[3]時黨勇，李永存，徐建華，等.爆炸力學中的數值模擬技術[J].工程爆破，2005，11（2）：10-13.