載人航天器設(shè)計中,必須考慮航天器對空間碎片撞擊的防護(hù)問題,并使用動力學(xué)方法研究其完整撞擊過程,以保證防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性。Whipple防護(hù)結(jié)構(gòu)作為方便、實用的空間碎片防護(hù)方案,除實體驗證實驗外,模擬研究主要依賴SPH或改進(jìn)FEM法。本文以物質(zhì)點方法(Material Point Method,MPM)為基礎(chǔ),利用修正和擴(kuò)充后的清華大學(xué)孫其誠組物質(zhì)點C++程序分析了經(jīng)典Whipple防護(hù)結(jié)構(gòu)。文中預(yù)設(shè)彈丸直徑4mm,初始速度分別為2km/s和4km/s。深入探討了防護(hù)屏厚度為0.5mm、1.5mm、2.0mm和3.0mm的條件下整體防護(hù)結(jié)構(gòu)的各種特性。并與文獻(xiàn)中的模擬結(jié)果和實驗結(jié)果進(jìn)行交叉對比,驗證了MPM方法對研究此類問題的適用性和精確性,證明了本文所使用程序的可靠性。接著,在同等條件下使用SPH方法計算同種工況,證明了MPM方法在計算效率上優(yōu)于SPH方法。最后,綜合論述了MPM方法在研究此類問題上的基本步驟和方法,為使MPM方法更加深入的研究高速沖擊作用下的力學(xué)問題提供了可行性證明。通過驗證,物質(zhì)點法對本文所研究問題在各方面均具有實用性。模擬結(jié)果具有較強(qiáng)可信度。并能得出在彈丸直徑不...

【文章頁數(shù)】：62 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 研究現(xiàn)狀
    1.3 研究方法及目的
    1.4 小結(jié)
第二章 基本理論
    2.1 物質(zhì)點法基本理論與方程
        2.1.1 控制方程及離散
        2.1.2 運動方程的顯式求解
        2.1.3 顯式物質(zhì)點法和GIMP方法
        2.1.4 接觸算法
    2.2 Whipple防護(hù)結(jié)構(gòu)基本理論與方程
    2.3 泰勒桿基本理論與方程
    2.4 小結(jié)
第三章 數(shù)值模擬與對比
    3.1 程序驗證
        3.1.1 程序框架與改進(jìn)
        3.1.2 Taylor桿驗證模擬
    3.2 不同工況的數(shù)值結(jié)果
        3.2.1 彈丸初速度2km/s時的工況
        3.2.2 彈丸初速度4km/s時的工況
        3.2.3 工況模擬結(jié)果小結(jié)
        3.2.4 模擬結(jié)果的橫向?qū)Ρ?br>    3.3 物質(zhì)點法高效性對比
    3.4 小結(jié)
第四章 總結(jié)與展望
    4.1 總結(jié)
    4.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文



本文編號：3922554