学术动态2008年第2期随进战斗部的随进侵彻开辟了有利通道，串联战斗部的侵彻效果理想，尤其在小着角情况下侵彻，串联随进战斗部的侵彻效率大大提高。近年来，西南交通大学的研究人员用花岗岩块初步进行的聚能接触爆炸试验发现，爆炸作用将导致一定范围内的花岗石酥脆，使爆后强度由爆前的150MPa降低至10MPa以下。西南科技大学史瑾瑾、郭学彬等人利用一级轻气炮对岩石试件进行冲击损伤实验，并对回收的试件进行声波测试，将声波测试结果与微观观测相结合，得到岩石的冲击损伤特性及其损伤程度与声波速度变化率的关系，表明岩石超声波速的变化可以很好地反映岩石的损伤程度。西南科技大学史瑾瑾、肖正学等人在一级轻气炮冲击岩石试件的实验基础上，建立了动荷载下岩石破碎块度的分布规律。中国科技大学胡时胜，张磊等人利用74大尺寸Hopkinson压杆和混凝土长杆试件研究了混凝土材料的层裂强度及其应变效应，证明Hopkinson压杆实验是一种测定混凝土层裂强度的有效方法。已有的初步研究成果表明，冲击爆炸作用不仅可导致较大范围内混凝土的损伤及其强度弱化，而且利用声波量测、Hopkinson杆实验和粒子速度测量等技术方法，可以定量描述混凝土的损伤程度，获得冲击波的能量传递与衰减特征参数。为从理论上解决爆炸引起的混凝土损伤与强度弱化问题，有必要对爆炸荷载作用下混凝土的毁伤性态和地冲击效应进行较深入、系统的专门研究，包括：爆炸作用下混凝土的毁伤特征及其强度弱化规律，混凝土爆炸侵彻物理过程及其损伤机理，爆炸作用下混凝土内部的波动与能量传递规律等问题。高速列车制动盘/片动态失效机理及其材料逆向设计方法研究陈辉·（工程科学研究院)目前国内铁路正处于跨越式发展的关键时期，“十一五”期间是铁路发展的关键时期，五年内中将建设9800公里的客运专线，并逐步实现客运专线高速化，五年后，中国将成为全球最大的高速铁路运输国家。《铁路主要技术政策》、《铁路科技发展“十五”计划和2015年发展规划纲要》指出，客运高速列车的最高时速应大于300kmh,紧急制动距离应小于3700m。列车速度的提高，将会对列车行驶安全起着至关重要的基础制动装置的性能提出更加苛刻的要求。列车制动盘特别是高速列车制动盘处于强磨擦、高热负荷以及较大制动力和离心力等复杂工况下工作，制动盘工作的可靠性几乎决定了整个基础制动装置的可靠性水平，直接影响列车的行车安全。这个问题也存在于其它的大功率制动过程中，如飞机、高速列车、石油钻机、速度高的汽车等的基础制动装置。在铁路跨越式发展战略中，快速提升技术装备水平，将是“十一五”期间铁路发展的重点。引进国外机车车辆等方面的先进技术，消化、吸收、再创新，打造具有自主知识产权的中国铁路品牌是我国高速铁路发展的既定政策，前瞻性地开展此类基础研究工作，打破国外技术垄断，◆作者简介：陈辉，男，教授。学术动态2008年第2期是形成拥有自主知识产权高速铁路的必由之路。能否解决高速列车基础制动装置的核心技术问题，不但决定着我国是否具有生产此类设施的能力，更影响着此类设备使用过程中我国的维护、维修能力。因此进行高速列车动态失效机理及其在高速列车制动盘中的应用研究具有重大的工程意义。在高能条件下，研究材料表面动态失效机理，提高制动盘/片的制动性能，防止早期失效迫在眉睫。在高能制动条件下，制动盘/片失效行为、失效机理极其复杂。首先在于它是热、机等多物理场耦合动态作用的过程，制动系统磨擦副受冲击、热疲劳、磨损等的交互作用，磨擦副材料之间发生交互作用，温度场是动态的，应力场也是动态的，而且应力与应变是非线形关系；其次，在制动过程中由于巨大的能量冲击，制动盘片表层温度急剧升高，峰值温度超过材料的相变温度，往往制动过程中伴随着组织转变、材料力学性能的变化、磨擦副之间的质量转移；再次，制动盘片磨擦性能的匹配性对制动失效也有重要影响。迄今，高速制动盘/片表面动态失效的机理尚不清楚。周志勇等人在分析石油钻机盘式刹车热应力及温度场特征的基础上，指出热疲劳与蠕变的交互作用式制动盘失效的主要机理。同样是对石油钻机，郭公喜等人通过对盘式刹车制动盘失效现象的分析，从制动盘的材料、受力、受热、摩擦磨损等多方面论证制动盘失效的主要原因是摩擦磨损，而不是热疲劳和蠕变的结果。李继山等人调查了“中华之星”及“先锋号”上用的高速制动盘裂纹状况，并对制动盘裂纹萌生及扩展机理进行了探索。发现裂纹剖面宏观形貌特征与制动盘裂纹扩展规律之间存在一定的关联。尚未能提出制动过程机耦合温度场、应力场对材料的损伤机理，未能提出高速列车制动盘寿命评估，性能预测方法，未能提出解决高速列车制动盘热疲劳失效的根本方法。王文静采用自行设计的热疲劳试验装置，试验研究了铁路列车制动盘常用的几种材料的热疲劳性能，并初步分析了影响热疲劳性能的各因素，为制动盘选材提供了依据作者在试验研究的基础上，分析了铁路列车制动盘常用的几种材料的热疲劳性能，提出了材料热疲劳抗力评定指标R。依据热疲劳抗力评定指标R,可以对材料的热疲劳性能做出预测判断，为制动盘候选材料的确定提供一种新的思路和方法。但是对R判据的理论依据缺乏深人的分析，该判据的适用性还有待于进一步进行。P.Dufrenoy指出，目前针对高速制动盘失效的研究大多是从单一的材料、机械或力学的角度来进行的。论文同时从材料分析、数值模拟等综合的角度来进行了高速制动盘失效的研究，发现制动盘开裂的部位与数值模拟的高应力区域吻合，单是制动盘损伤的控制准则，疲劳寿命的评估有待进一步研究。国内外有学者用数值模拟技术，在热一机等多物理场耦合条件下，分析了制动过程中的制动力的剧烈变化所引起制动盘片表面温度场、应力场的非稳态过程。文献制动热过程分析对于列车制动盘的结构设计及寿命评估具有重要意义。该文对160km小快速列车制动盘温度场进行了数值计算，重点讨论了制动加载方式、制动工况和环境温度对制动盘瞬态温度场的影响。将闸片与制动盘的磨擦生热等效为瞬时移动面热源，建立了循环对称制动盘有限元分析模型，进而采用MSC.Marc有限元软件分析了制动盘瞬时温度场的三维分布特征及制动盘工作面的热循环历程。得出了如下结论：由于接触区的温度不均匀性，采用均布制动载荷方式不利于闸片的均匀磨损；混合制动模式下对制动盘产生瞬时尖峰热冲击；制动盘内的瞬时温度梯度及温度变化速率具有基于环境温差的整体平移特性。所有上述文献，都未对制动温度场与8学术动态2008年第2期应力场与制动盘疲劳操作之间的关系进入深入的研究。特别是，目前针对300kmh高速列车的制动数值模拟工作进展的很少，不能准确地预测高速制动条件下的瞬态温度、应力场，不能深入地揭示高能制动过程，制动能量与制动盘热循环、应力循环、疲劳损伤的关系。由于高能制动过程极其复杂，影响因素较多，迄今为止，对制动系统动态失效过程缺乏系统的、深入的研究，在高速列车制动过程中，制动盘/片的失效机理、本质目前仍不清楚，需要深入研究。急需研究高速、重载制动过程中，材料的热疲劳与机械磨损的交互作用、表面质量相互转移，材料的微观组织结构变化，损伤破坏变化，揭示材料动态微观组织结构的演变及其与材料表面损伤破坏的关系规律。急需建立高能制动过程，制动能量与制动盘热循、应力循环、疲劳损伤的关系，提出高能制动条件下制动盘损伤的判据，急需研究高速列车制动盘/片材料逆向设计方法。同时，由于国内高速铁路运输的飞速发展，为打破国外垄断，提高中国铁路机车车辆制造水平，尤其是机车车辆关键零部件的制造水平，研究高速制动盘/片动态失效机理及材料逆向设计方法，为研究新一代的高速列车制动盘/片做准备，具有显著的科学和工程意义。基于群方法的多体散射结构解析波函数的构建对于电磁散射问题，场的计算是一个核心要素。早期电磁散射理论致力于一些规则、对称散射体的严格解（即解析解）。严格解，又称之为波函数，是利用分离变量法求解齐次波动方程得到的。严格解的最大优点为：概念明确，物理意义清楚，结果准确，是理想结果；另外，解是全域的，即它是在整个电磁波谱内普遍成立的，通过严格解，人们容易观测各种参数的联系和对结果的影响。该方法还有一个重要优点就是计算工作量最少。从优化的角度来讲，该方法所求得的解无疑也是最佳的。上述经典的解析方法虽然完美，但却有一个十分显著的缺陷，应用有限，只有一些典型对称几何形状和结构相对简单的问题才有可能求得严格的解析解，对于实际应用上出现的大量对称性程度较低的情形，特别是对一个以上的散射结构，结构较为复杂，经典方法是无能为力的。由于解析方法的这种局限性，加之计算机速度和容量的不断发展，人们常常致力于数值方法的研究。自六十年代以来，算法的研究成为处理电磁散射问题的主要内容。但是，任意一种算法都有其局限性、缺陷和适用范围。目前，在处理是磁散射问题的各类方法中，矩量法(MoM)颇具生命力。MoM是通过引入基函数与权函数的方式，将积分方程离散为矩阵方程来进行求解的。从实质上讲，MoM是内域基加权余量法。对于MoM,直接离散分方程时，选用8函数为基函数，实行点匹配，理论上讲可以处理任意物体的散射问题。但是，如此用来逼近未知场或者表面电流的基函数数目过大，现有的计算机水平很难满足存储量、计算时间、精度等方面的综合要求。再者，目前关于电磁场领域中一些数值方法的误差理论尚不完备，当得到一问题的数值解，我们很难判断它与真解的偏离，难*作者简介：朱峰，男，教授。