本文關鍵詞：波紋夾層防護結構超高速撞擊特性研究

  更多相關文章： 空間碎片 數(shù)值仿真 填充式波紋夾層結構 超高速撞擊特性 防護性能 形狀效應

【摘要】：日益頻繁的太空活動使空間碎片的數(shù)量不斷增多,給在軌航天器的運行安全構成了更為嚴重的威脅。本文基于航天器空間碎片被動防護需求,設計了一種填充式波紋夾層防護結構并利用數(shù)值仿真方法對其結構進行了優(yōu)化,研究了其在不同初速和不同形狀碎片作用下的超高速撞擊特性。首先基于Whipple結構超高速撞擊過程對仿真方法進行了準確性校驗,將數(shù)值仿真結果與相關試驗結果及彈道極限方程進行對比,驗證了仿真計算中SPH算法以及材料模型的準確性。設計了一種新型的空間用填充式波紋夾層結構,并對其波紋夾層形狀進行了優(yōu)化,得到了防護性能最為優(yōu)越的防護構型。在此基礎上,研究了填充式波紋夾層結構在初速為3-15 km/s的球形空間碎片垂直撞擊下的超高速撞擊特性,對不同撞擊初速下結構中的沖擊波傳播特性,穿孔特性,撞擊形成碎片云特性,能量吸收特性以及航天器艙壁損傷特性進行了分析,同時對相同面密度Whipple結構相應的撞擊特性進行了對比研究,闡述了填充式波紋夾層結構較之Whipple結構更為優(yōu)越的超高速撞擊防護性能。對球形碎片及五種相同質量的非球形碎片在相同條件下撞擊填充式波紋夾層結構的超高速撞擊特性及航天器艙壁的損傷特性進行了對比分析,研究發(fā)現(xiàn)非球形碎片對防護結構具有更強的毀傷能力,而且空間碎片的頭部越尖銳、長徑比越大,其毀傷能力越強。研究結果能夠為航天器空間碎片防護結構的設計提供一定的技術支持,可以為防護結構防護性能的提升,防護質量的減輕以及防護成本的降低提供一定的思路。
【關鍵詞】：空間碎片 數(shù)值仿真 填充式波紋夾層結構 超高速撞擊特性 防護性能 形狀效應
【學位授予單位】：南京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V528;V445.1
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 1 緒論7-15
• 1.1 課題研究背景及意義7
• 1.2 空間碎片環(huán)境簡介7-9
• 1.3 空間碎片被動防護結構研究現(xiàn)狀9-12
• 1.4 空間碎片超高速撞擊數(shù)值仿真研究進展12-14
• 1.5 本文主要內容14-15
• 2 基于Whipple結構超高速撞擊的仿真準確性驗證15-23
• 2.1 Whipple防護結構超高速撞擊仿真模型15-19
• 2.1.1 幾何模型15
• 2.1.2 SPH數(shù)值算法15-17
• 2.1.3 鋁合金材料模型17-19
• 2.2 試驗驗證19-20
• 2.3 彈道極限方程匹配驗證20-22
• 2.4 本章小結22-23
• 3 新型填充式波紋夾層防護結構23-37
• 3.1 設計目的23-24
• 3.2 填充式波紋夾層防護結構基本構型設計24-25
• 3.2.1 結構設計24-25
• 3.2.2 材料選擇25
• 3.3 基于數(shù)值仿真的填充式波紋夾層防護結構優(yōu)化設計25-33
• 3.3.1 填充式波紋夾層防護結構超高速撞擊仿真模型25-27
• 3.3.2 波紋夾層結構防護性能評價指標27-28
• 3.3.3 波紋夾層形狀優(yōu)化分析28-33
• 3.4 填充式波紋夾層結構與Whipple結構防護性能對比分析33-36
• 3.4.1 碎片云形貌對比33-34
• 3.4.2 不可逆功轉化能力對比34
• 3.4.3 航天器艙壁損傷對比34-36
• 3.5 本章小結36-37
• 4 填充式波紋夾層結構超高速撞擊特性研究37-58
• 4.1 新型防護結構超高速撞擊過程描述37-38
• 4.2 沖擊波傳播特性38-40
• 4.3 填充式波紋夾層結構撞擊穿孔特性40-43
• 4.4 撞擊形成碎片云特性43-48
• 4.4.1 碎片云粒子組成及分布情況分析43-44
• 4.4.2 不同撞擊初速下碎片云形貌對比44-45
• 4.4.3 碎片云頭部速度分析45-46
• 4.4.4 碎片云膨脹規(guī)律分析46-48
• 4.5 能量吸收特性48-53
• 4.5.1 不可逆功轉化特性48-50
• 4.5.2 動能吸收特性50-52
• 4.5.3 結構不同部分能量吸收特性對比52-53
• 4.6 航天器艙壁損傷特性53-57
• 4.6.1 航天器艙壁環(huán)形損傷區(qū)包絡圓半徑54
• 4.6.2 航天器艙壁撞擊坑54-56
• 4.6.3 航天器艙壁背面鼓包56-57
• 4.7 本章小結57-58
• 5 不同形狀空間碎片撞擊填充式波紋夾層結構特性研究58-67
• 5.1 空間碎片形狀建模58
• 5.2 空間碎片形狀對超高速撞擊防護性能影響分析58-66
• 5.2.1 撞擊形成碎片云特性分析59-61
• 5.2.2 填充式波紋夾層結構撞擊穿孔特性61-62
• 5.2.3 能量吸收特性對比62-64
• 5.2.4 航天器艙壁損傷特性對比64-66
• 5.3 本章小結66-67
• 6 結束語67-69
• 6.1 本文完成的主要內容67-68
• 6.2 尚待進一步研究的內容68-69
• 致謝69-70
• 參考文獻70-76
• 附錄76

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前7條

1 王衛(wèi)杰;沈懷榮;李怡勇;;射彈超高速撞擊衛(wèi)星推進劑起爆模型研究[J];系統(tǒng)仿真學報;2011年12期

2 賈斌;蓋芳芳;馬志濤;龐寶君;;5A06鋁合金單層板超高速撞擊彈道極限分析[J];材料科學與工藝;2007年05期

3 馬文來,張偉,管公順,龐寶君;橢球彈丸超高速撞擊防護屏碎片云數(shù)值模擬[J];材料科學與工藝;2005年03期

4 張偉,龐寶君,賈斌,曲焱U，

本文編號：802718