隨著航天事業(yè)的發(fā)展,空間碎片的數(shù)量越來(lái)越多,航天器在軌運(yùn)行時(shí),可能會(huì)受到空間碎片的撞擊。為了應(yīng)對(duì)空間碎片的威脅,在艙壁外間隔一定距離安裝一層或多層薄板防護(hù)屏,當(dāng)空間碎片撞擊防護(hù)屏?xí)r會(huì)破碎成更小的碎片,其能量也會(huì)隨之分散,從而達(dá)到保護(hù)航天器安全的目的,鋁合金是目前使用最多的防護(hù)屏材料。同時(shí),由于沒有大氣層的保護(hù),航天器在軌道上受到輻射波動(dòng)較大,防護(hù)屏中的熱應(yīng)力變化也很劇烈�；谝陨媳尘�,本文針對(duì)航天器含缺陷防護(hù)結(jié)構(gòu)的高速撞擊現(xiàn)象和疲勞效應(yīng),重點(diǎn)研究含彈坑、氣泡和裂紋缺陷鋁板Whipple防護(hù)結(jié)構(gòu)的防護(hù)性能,以及含穿孔、彈坑缺陷防護(hù)屏的疲勞特性。首先,應(yīng)用二級(jí)輕氣炮加載技術(shù)進(jìn)行了彈丸高速正撞擊含彈坑、裂紋缺陷鋁板Whipple防護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)研究,獲取了含彈坑、裂紋缺陷鋁板Whipple防護(hù)結(jié)構(gòu)高速撞擊損傷特性,與無(wú)缺陷鋁板Whipple防護(hù)結(jié)構(gòu)高速撞擊損傷特性比較,分析了彈坑、裂紋缺陷對(duì)鋁板Whipple防護(hù)結(jié)構(gòu)高速撞擊損傷特性的影響。第二、在Christiansen改進(jìn)型撞擊極限方程的基礎(chǔ)上,通過(guò)數(shù)值模擬得到含彈坑、氣泡和裂紋缺陷鋁板Whipple防護(hù)結(jié)構(gòu)撞擊極限曲線,與無(wú)缺陷鋁板Whipple防護(hù)結(jié)構(gòu)撞擊極限曲線比較,總結(jié)了含彈坑、氣泡和裂紋缺陷對(duì)鋁板Whipple防護(hù)結(jié)構(gòu)性能影響的規(guī)律。第三、通過(guò)數(shù)值模擬比較彈丸撞擊含彈坑、氣泡和裂紋缺陷防護(hù)屏之后彈丸形態(tài)變化、應(yīng)力波在彈丸和防護(hù)屏中的傳播、彈丸速度的變化以及由彈丸和防護(hù)屏組成的系統(tǒng)能量的轉(zhuǎn)化,分析了缺陷對(duì)航天器防護(hù)結(jié)構(gòu)性能影響的機(jī)理。最后、通過(guò)數(shù)值模擬研究了穿孔、彈坑缺陷對(duì)防護(hù)屏疲勞極限的影響,計(jì)算了含穿孔、彈坑缺陷防護(hù)屏裂紋擴(kuò)展的Paris區(qū)的參數(shù),并分析了殘余應(yīng)力對(duì)防護(hù)屏疲勞極限的影響,利用數(shù)值模擬結(jié)果總結(jié)了殘余應(yīng)力對(duì)防護(hù)屏疲勞極限影響的經(jīng)驗(yàn)公式。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：V528;V445.1
【部分圖文】：

圖 1-1 空間碎片環(huán)境在探索太空過(guò)程中，人類有意無(wú)意地帶來(lái)了大量的空間碎片。1956 年，由于宇航員愛德華.華特的疏忽，將一雙手套遺失在軌道上，這雙手套以每小時(shí) 2.8 萬(wàn)千米的速度飛行，對(duì)航天器的威脅極大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在執(zhí)行任務(wù)環(huán)繞地球的太空軌道中有近 10 萬(wàn)件由宇航員丟棄的垃圾，包括剃刀、牙膏、螺栓等、，另外，運(yùn)載火箭部件也是空間碎片的重要組成部分[3]。1991 年 5 月，在美國(guó)用 Delta 火箭發(fā)射雨云 6 號(hào)衛(wèi)星的過(guò)程中，產(chǎn)生了 237 塊空間碎片。1999 年 10 月中國(guó)發(fā)射風(fēng)云一號(hào)氣象衛(wèi)星時(shí)，運(yùn)載火箭長(zhǎng)征一號(hào)的第三級(jí)被遺留在了軌道上，2000 年 3 月 11 日，燃料箱推進(jìn)劑混合爆炸，產(chǎn)生 316 塊碎片[4]。2005 年 1 月 17 日，美國(guó)的 ThorBurner2A火箭殘骸和中國(guó)用于發(fā)射風(fēng)云一號(hào)的運(yùn)載火箭殘骸當(dāng)空相撞，撞擊產(chǎn)生了嚴(yán)重的后果，導(dǎo)致中國(guó)運(yùn)載火箭殘骸近地點(diǎn)軌道高度下降，美國(guó)的火箭廢棄物被撞碎成四個(gè)較大的部分和許多小碎片[5-7]。由于空間碎片的數(shù)量龐大，其與航天器相撞的概率也相當(dāng)高，例如，1984 年，為了研究近地軌道空間碎片的數(shù)據(jù)，美國(guó)航空航天局發(fā)射了一個(gè)長(zhǎng)期暴露裝置(LDEF)，該裝置在發(fā)射 6 年后由航天飛機(jī)收回，檢測(cè)到其表面有大量由空間碎片

驗(yàn)證仿真模型的準(zhǔn)確性，這樣就可以在極大地降低成本的同時(shí)達(dá)到于疲勞壽命研究，一般都是通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到材料的疲勞性能，再通過(guò)數(shù)析部件的載荷譜，利用線性累積損傷準(zhǔn)則研究部件的疲勞壽命。對(duì)于，使用斷裂力學(xué)的相關(guān)知識(shí)，可以很好地計(jì)算裂紋的參數(shù)和模擬裂紋本文通過(guò)高速撞擊實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的手段研究缺陷對(duì)鋁板結(jié)構(gòu)的影響，通過(guò)多款數(shù)值模擬軟件的聯(lián)合仿真來(lái)研究含缺陷防護(hù)屏方案了含彈坑缺陷鋁板 Whipple 防護(hù)結(jié)構(gòu)和含裂紋缺陷鋁板 Whipple 防擊實(shí)驗(yàn)，如圖 2-1 所示，彈丸采用直徑為 3.2mm、3.97mm、4.76m，防護(hù)屏采用尺寸為 200×200×1mm 的 2A12 鋁板，艙壁采用尺寸為m 的 5A06 鋁板，防護(hù)屏與艙壁的距離為 100mm，彈丸的撞擊速度在間，撞擊角度為 0°。使用哈爾濱工業(yè)大學(xué)空間碎片高速撞擊中心的級(jí)輕氣炮作為發(fā)射裝置發(fā)射鋁球，磁感應(yīng)測(cè)速系統(tǒng)測(cè)量鋁球的速度

- 9 -c) 裂紋缺陷圖 2-2 缺陷設(shè)置示意圖高速撞擊實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)分組如表 2-1 所示，構(gòu)高速撞擊實(shí)驗(yàn)，主要目的是研究彈坑缺響以及含彈坑缺陷鋁板 Whipple 防護(hù)結(jié)缺陷鋁板 Whipple 防護(hù)結(jié)構(gòu)高速撞擊實(shí)驗(yàn)ple 防護(hù)結(jié)構(gòu)高速撞擊損傷特性。表 2-1 實(shí)驗(yàn)分組彈丸直徑(mm) 3.2、3.97、4.76 3.97、4.76

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本文編號(hào)：2809026