爆炸力学课程建设思考与研究

张玉令　罗兴柏　王国栋

摘要：在分析爆炸力学特点及课程教学困难的基础上，研究得到了课程建设的思路，确定了课程的研究范畴和授课内容体系。

关键词：爆炸力学；课程体系；课程建设

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）12-0206-02

《爆炸力学》是我院弹药工程专业研究生最新开设的一本必修课，弹药工程专业涵盖弹药装备的可靠性、安全性、储存性、测试性、保障性等研究领域，主要以弹药装备为对象，研究弹药的系统设计、靶场试验、作战效能评估、维修销毁、安全防护、战场运用等内容。因此，弹药工程领域都直接与弹药爆炸相关，都很大程度上需要学习《爆炸力学》的相关知识，必须开设《爆炸力学》课程。

一、爆炸力学课程特点

爆炸力学是力学的一个分支，是流体力学、固体力学和物理学、化学之间的一门交叉学科。爆炸力学中的研究，常需要考虑力学因素和化学物理因素的耦合、流体特性和固体特性的耦合、载荷和介质的耦合等，这就为爆炸力学课程带来以下特点[1，2]。

1.多学科的渗透和结合是爆炸力学主要内容的特点。这为爆炸力学的学习带来一定的困难，需要学员拥有广泛的多学科的知识储备，并能将这些知识在学习中融会交融，用于分析爆炸中的力学及力学效应问题。

2.课程理论性强。比如炸药的起爆爆轰过程、爆轰产物的飞散、冲击波的形成和传播、固体应力波形成传播等知识具有很强的理论性，内容也比较抽象，部分内容甚至晦涩难懂，单纯地进行理论分析和理论计算不能将授课内容形象地传授给学员。

3.体系性强，内容环环相扣。必须系统地安排课程内容，才能保证获得较好的学习效果。如图1，要评估榴弹威力，就要分别对破片、爆轰产物、冲击波等三个元素进行系统的研究，才能全面分析评估榴弹威力，对三个元素的研究又涉及爆轰产物的形成、飞散、抛射作用，以及冲击波的形成、传播和作用等方面，只有对这些弹药爆炸知识进行系统地学习，才能够解决榴弹威力评估这个工程问题。

二、课程教学面对的困难

1.学员理论基础不足。从该专业的招生要求上看，生源应具备一定的力学、物理、安全科学、爆炸理论、控制技术、计算机技术等相关领域的知识，部分学员学习了火炸药学和弹药学的知识，相对来讲，具备了一定的爆炸知识学习的基础。但是，对于很好地学习爆炸力学基础知识还有一定的差距。

2.需要注意培养学员理论知识与工程应用结合利用的能力。我院为工科院校，对弹药工程专业学员的培养，是基于希望学员能够利用所学的知识解决弹药工程问题。在《爆炸力学》课程学习中，如何引导学员以力学的观点和思维分析弹药工程应用中出现的问题，准确查找问题出现的原因，并以此指导具体的工程应用和指挥管理，培养学员学以致用的意识和能力是必须注意和解决的问题。

3.教学资源缺乏。作为新建课程，需要建设大量的教学资源，虽然有多所其他院校已经开设《爆炸力学》课程，但由于院校培养目标的不同，整个课程体系构成基础不同，教学环境和条件不同，学员基础知识体系也不相同，不能简单地将其他院校爆炸力学课程体系移植过来，必须构建符合我院培养目标的课程体系。

三、课程建设思路

针对《爆炸力学》课程特点，在课程建设过程中按照专业培养目标，注重理论与工程应用相结合，在授课效果追求上注意培养学员独立学习爆炸力学知识的能力，培养学员进行系统学习理论知识的素质；在授课内容体系上，注意基础知识的补充学习；在授课手段和方法上，以引导学员主动分析学习为主。具体做法有以下几种。

1.积极开展教学研究。爆炸力学是力学的一个重要分支，已经形成了自己的理论基础和理论系统，通过加强教学研究，开展与同类课程的深入比较，在掌握我院学员基础知识体系，明确自身优势和差距的基础上，确定课程建设的目标、原则和总体思路，并建立完善的、符合教学目标的教学大纲，构建教学内容体系。

2.利用引进与自编相结合的方式建设立体化教材体系。首先继承经典教材的基本思路和主要特色，积极引进先进、适用的优秀教材，通过对比研究，确定贴近教学内容的主教材，以学习指导、电子教案、数值模拟方法为主要内容的辅助教材，建立初步的立体化教材体系。根据授课实践，结合研究获得的教学理念、方法和手段，编写新教材，建立特色的立体化教材体系。

3.充分结合教员队伍建设，开发教学资源。组织老教员和掌握计算机应用技术的青年教员，进行教学资源开发建设。年轻教员通过与优秀教员共同制作教学网站、多媒体课件和编写教材，熟悉教学规范和教学规律，夯实教学基础。另一方面，在参加教学资源建设过程中，了解国内外专业教学现状，吸收最新的教学研究成果，从而促进自主教学研究与改革能力的提高。

四、课程范畴

根据爆炸力学内涵，爆炸力学的本质特征是以力学的观点方法研究爆炸现象，研究内容包括爆炸的发生和发展规律、爆炸的力学效应、对爆炸力学效应的防护等三个方面。由于爆炸可以是炸药爆炸，亦可以是其他爆炸；爆炸的发生和发展规律研究可以前伸到炸药的原子或分子等微观层面，也可以停留在诸如起爆条件和爆轰产物状态等宏观层面；爆炸力学的力学效应可以止于直接效应（如空气冲击波），也可以后延至间接效应（如弹丸破片的击穿作用）。但考虑到弹药工程专业研究需要，且开设有诸如《弹丸终点效应》等相关课程，界定本课程的授课范畴为：（1）研究对象为炸药爆炸，且以凝聚炸药为主；（2）爆炸的发生和发展规律停留于爆轰过程宏观层面，不研究化学反应过程，只研究稳定爆轰条件和爆轰产物状态；（3）爆炸的力学效应止于直接效应即爆轰产物对直接接触介质（弹体、空气等）的机械效应，不研究热效应和其他可能的效应，也不研究介质的后续效应；（4）不研究爆炸的力学效应防护问题，因其属于爆炸的力学效应或弹丸终点效应的反面问题。

五、课程内容体系建设

主要包括爆炸基本理论以及爆炸后爆炸波在空气、水、岩石等不同介质中传播和衰减规律以及爆炸作用下固体介质的运动破裂情况。主要介绍爆炸的基本概念、固体中的应力波、爆炸及其在介质中的效应、空中爆炸理论及应用水中爆炸及应用和岩土中的爆炸理论及应用。内容安排如下。

1.基础知识。简要回顾张量和场论基础知识，介绍爆炸现象和类别、炸药基本特性与化学变化形式，约定爆炸力学内涵与研究范畴，介绍爆炸力学研究方法和发展简史，为本课程的学习建立基本框架和共同语境。

2.气体动力学基础知识。简要介绍气体的物理性质、气体的状态参量与状态方程、热力学基础、波与声波，着重阐释气体的平面一维流动和平面正冲击波，为学习爆轰过程和爆轰产物飞散等内容奠定基础。

3.凝聚炸药爆轰过程。简要介绍炸药起爆过程与稳定爆轰条件、均质炸药起爆的热爆炸理论、非均质炸药起爆的热点理论、燃烧向爆轰的转变，着重阐释凝聚炸药爆轰参数计算，以揭示炸药爆炸的发生和发展规律，为研究爆炸的力学效应奠定必要基础。

4.爆轰产物的一维飞散与推进作用。主要介绍爆轰产物的一维飞散、接触爆炸对刚性壁面的作用、接触爆炸对刚性物体的一维抛射，简要介绍弹丸破片初速计算，为研究爆炸的力学效应提供典型示范。

5.爆炸对固体的应力波作用。主要介绍爆炸对固体作用的基本现象、动载固体应力波基本知识、层裂机理与参数计算，为研究爆炸或其他冲击载荷对固体物质的力学效应建立理论基础。

6.空气中爆炸冲击波作用。主要介绍空气中爆炸的基本现象、量纲理论与爆炸相似律、空气冲击波参数计算，为研究爆炸对高压缩性流体物质的力学效应建立理论基础。

7.密室介质中的爆炸作用。简要介绍水中爆炸作用、土石介质中爆炸作用，为研究爆炸对密室介质的力学效应提供理论指导。

8.爆炸力学数值模拟计算。以实际案例为线索，概述数值模拟计算方法，介绍有限元分析软件、算法选择、网格构造与设置、材料模型及其选用，阐释数值模拟计算的实验验证与修正等内容，为运用数值模拟方法研究解决爆炸力学问题提供理论指导和实践示范[3]。

六、结论

在本课程的建设中，通过充分分析我院教学条件、教员素质和学员基础知识结构等因素，牢牢抓住爆炸力学发展动态，结合学科专业特点，建立课程内容，完善教学手段，丰富教学资源，加强师资队伍建设，充实实验条件，建立具有网络教学手段、虚拟试验环境和实施交互式教学特色的课程体系，必定使学员能够有目的性地学习、自主学习、探究学习，使学员在获取知识的同时，提高认知能力和研究能力，培养学员的创新意识。并能够通过课程的实践教学建设，在使学员掌握课程理论知识和思维方法的基础上，加强学员的实验技能及理论联系实际能力的培养。

参考文献：

[1]恽寿榕，赵衡阳.爆炸力学[M].北京：国防工业出版社，2005.

[2]叶序双.爆炸力学基础[M].南京：解放军理工大学，2004.

[3]时党勇，李永存，徐建华，等.爆炸力学中的数值模拟技术[J].工程爆破，2005，11（2）：10-13.