高速碰撞过程中能量的传输问题本科生课4g

1、正弦波图像正弦波图像水波高清视频截图水波高清视频截图池塘水波截图池塘水波截图湖面水波湖面水波江边波光照片江边波光照片海浪照片海浪照片巨浪照片巨浪照片狂狼照片狂狼照片海啸照片海啸照片隐藏于碰撞现象中的科学问题隐藏于碰撞现象中的科学问题 力学：力、位移、速度、作功、内能力学：力、位移、速度、作功、内能 动量方程动量方程 能量方程能量方程 物质运动与波传播物质运动与波传播 冲击波及其基本方程冲击波及其基本方程 冲击波特征线表示方法冲击波特征线表示方法关于碰撞问题的选择题关于碰撞问题的选择题刚性物体刚性物体无摩擦力无摩擦力v1、若为弹性碰撞，、若为弹性碰撞， 碰撞前后体系动量（碰撞前后体系动量（ 守恒

2、守恒 不守恒），不守恒）， 碰撞前后体系动能（碰撞前后体系动能（ 守恒守恒 不守恒），不守恒）， 碰撞前后体系总能量（碰撞前后体系总能量（ 守恒守恒 不守恒）；不守恒）；2、若为非弹性碰撞，、若为非弹性碰撞， 碰撞前后体系动量（碰撞前后体系动量（ 守恒守恒 不守恒），不守恒）， 碰撞前后体系动能（碰撞前后体系动能（ 守恒守恒 不守恒），不守恒）， 碰撞前后体系总能量（碰撞前后体系总能量（ 守恒守恒 不守恒）；不守恒）； 刚体弹性碰撞过程刚体弹性碰撞过程vv如何传递如何传递?步调一致步调一致瞬时变化瞬时变化超快转移超快转移从无到有从无到有瞬间完成瞬间完成能量随质量携带能量随质量携带, 能量传播速

3、度有限，通过介质传递？能量传播速度有限，通过介质传递？弹性体碰撞过程简化弹性体碰撞过程简化如何传递如何传递?局部扩散局部扩散传递过程传递过程有限速度有限速度介质传递介质传递势能转换势能转换弹性体碰撞挤压过程弹性体碰撞挤压过程状态就近传递状态就近传递传播！传播！弹性压缩弹性压缩部分动能部分动能势能转换势能转换完成能量动量再分配！完成能量动量再分配！界面接触界面接触局部发生作用局部发生作用动能动能-势能转换效率？势能转换效率？能量传递速度？能量传递速度？维持稳定？维持稳定？势能释放！势能释放！弹性体碰撞分开过程弹性体碰撞分开过程两侧首先两侧首先恢复加速恢复加速恢复区域恢复区域加宽加宽恢复区域恢复区

4、域再加宽再加宽完全恢复完全恢复实现转移实现转移分开远离分开远离势能势能-动能转换效率？动能转换效率？能量传递速度？能量传递速度？总能量守恒！总能量守恒！无内部损耗！无内部损耗！弹塑性体碰撞过程简化弹塑性体碰撞过程简化局部发热，内部损伤局部发热，内部损伤弹塑性体碰撞压缩过程弹塑性体碰撞压缩过程局部接触局部接触局部弹性压缩局部弹性压缩局部弹性局部弹性-塑性压缩塑性压缩局部弹性局部弹性-塑性压缩塑性压缩能量动量重新分配能量动量重新分配局部发热局部发热内部损伤内部损伤传递速度？传递速度？转换率？转换率？弹塑性体碰撞分离过程弹塑性体碰撞分离过程局部弹性恢复局部弹性恢复部分恢复部分恢复部分恢复部分恢复部分

5、恢复部分恢复能量动量分配能量动量分配带着损伤带着损伤能量动量分配能量动量分配局部发热局部发热内部损伤内部损伤有形变有形变有损耗有损耗动能不守恒动能不守恒能量的传递速度？能量的传递速度？能量转化效率？能量转化效率？弹塑性体瞬时压缩过程弹塑性体瞬时压缩过程刚性滑块运动传递模型刚性滑块运动传递模型可压缩性用间隙等效放大图效果滑块厚度a, 滑块间距b:可压缩比为：b/(a+b)带头的运动滑块是运动特征点，向前传递带头的运动滑块是运动特征点，向前传递刚性滑块传递模型刚性滑块传递模型运动方程运动方程 滑块厚度a, 滑块间距b:可压缩比为：b/(a+b) 活塞速度U和“波头”速度D关系： 活塞底部平均压力方

6、程： 能量方程： DuPuDtPtll)()(21/)(212121)/()21)(0022002LLPEEDuPuuDPuEEEuEDtPutlll01)(LLDubanbnDtut弹塑性体瞬时压缩过程弹塑性体瞬时压缩过程过渡到连续介质情形过渡到连续介质情形快速活塞在连续介质中掀起的恒定流场快速活塞在连续介质中掀起的恒定流场冲击波冲击波连续弹塑性介质瞬时压缩过程连续弹塑性介质瞬时压缩过程物质运动的特征线表示物质运动的特征线表示 连续介质压缩过程连续介质压缩过程运动方程运动方程 介质初始密度V0, 压缩后密度V，可压缩比为：1- V/V0 活塞速度U和“波头”速度D关系： 活塞底部平均压力方程

7、： 能量方程： DuPuDtPt00)()(21/)(212121)/()21)(0002200020VVPEEDuPuuDPuEEEuEDtPut01VVDu高速运动体受阻挡情形高速运动体受阻挡情形形成反向冲击波形成反向冲击波弹塑性飞行体瞬时压缩过程弹塑性飞行体瞬时压缩过程刚性滑块传递模型刚性滑块传递模型(W-D)t(u-D)t飞行体瞬时压缩过程刚性滑块传递模飞行体瞬时压缩过程刚性滑块传递模型型运动方程运动方程 滑块厚度a, 滑块间距b:可压缩比为：b/(a+b) 活塞速度U和“波头”速度D关系： 活塞底部平均压力方程： 能量方程： )()()(uWDWPuWtDWPtll)(21)(21)

8、(21)()(21)(/()21(21)()()(002220220202LLPEEWuWuuWuEEWuDWPuEEWEuEtDWutPll01)()()(LLbabDWuWbabDWtDutDW两套公式等价两套公式等价000111LLDuLLWDWuLLDWuWDuPWuWDPuWDWPlll)()(弹塑性飞行体滑块模型瞬时压缩过程弹塑性飞行体滑块模型瞬时压缩过程物质运动的特征线表示物质运动的特征线表示 弹塑性弹丸瞬时压缩过程弹塑性弹丸瞬时压缩过程过渡到连续介质情形过渡到连续介质情形飞行体瞬时压缩过程连续介质飞行体瞬时压缩过程连续介质运动方程运动方程 介质初始密度V0, 压缩后密度V，可压缩比为：1- V/V0 活塞速度U和“波头”速度D关系： 活塞底部平均压力方程： 能量方程： )()()(00uWDWPuWtDWPt)(21)(21)(21)()(21)(/()21(21)()()(00222022002020VVPEEWuWuuWuEEWuDWPuEEWEuEtDWutP01VVbabDWDu弹塑性飞行体连续介质瞬时压缩过程弹塑性飞行体连续介质瞬时压缩过程物质运动的特征线表示物质运动的特征线表示 压缩后恢复过程压缩后恢复过程卸载波卸载波弹塑性体碰撞后膨胀过程弹塑性体碰撞后膨胀过程刚性滑块运动传递模型