本文關(guān)鍵詞：波紋夾層防護(hù)結(jié)構(gòu)超高速撞擊特性研究

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【摘要】：日益頻繁的太空活動(dòng)使空間碎片的數(shù)量不斷增多,給在軌航天器的運(yùn)行安全構(gòu)成了更為嚴(yán)重的威脅。本文基于航天器空間碎片被動(dòng)防護(hù)需求,設(shè)計(jì)了一種填充式波紋夾層防護(hù)結(jié)構(gòu)并利用數(shù)值仿真方法對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)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(jié)構(gòu)超高速撞擊過程對(duì)仿真方法進(jìn)行了準(zhǔn)確性校驗(yàn),將數(shù)值仿真結(jié)果與相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果及彈道極限方程進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了仿真計(jì)算中SPH算法以及材料模型的準(zhǔn)確性。設(shè)計(jì)了一種新型的空間用填充式波紋夾層結(jié)構(gòu),并對(duì)其波紋夾層形狀進(jìn)行了優(yōu)化,得到了防護(hù)性能最為優(yōu)越的防護(hù)構(gòu)型。在此基礎(chǔ)上,研究了填充式波紋夾層結(jié)構(gòu)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(duì)不同撞擊初速下結(jié)構(gòu)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(jìn)行了分析,同時(shí)對(duì)相同面密度Whipple結(jié)構(gòu)相應(yīng)的撞擊特性進(jìn)行了對(duì)比研究,闡述了填充式波紋夾層結(jié)構(gòu)較之Whipple結(jié)構(gòu)更為優(yōu)越的超高速撞擊防護(hù)性能。對(duì)球形碎片及五種相同質(zhì)量的非球形碎片在相同條件下撞擊填充式波紋夾層結(jié)構(gòu)的超高速撞擊特性及航天器艙壁的損傷特性進(jìn)行了對(duì)比分析,研究發(fā)現(xiàn)非球形碎片對(duì)防護(hù)結(jié)構(gòu)具有更強(qiáng)的毀傷能力,而且空間碎片的頭部越尖銳、長(zhǎng)徑比越大,其毀傷能力越強(qiáng)。研究結(jié)果能夠?yàn)楹教炱骺臻g碎片防護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供一定的技術(shù)支持,可以為防護(hù)結(jié)構(gòu)防護(hù)性能的提升,防護(hù)質(zhì)量的減輕以及防護(hù)成本的降低提供一定的思路。
【關(guān)鍵詞】：空間碎片 數(shù)值仿真 填充式波紋夾層結(jié)構(gòu) 超高速撞擊特性 防護(hù)性能 形狀效應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：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(jiǎn)介7-9
• 1.3 空間碎片被動(dòng)防護(hù)結(jié)構(gòu)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(jìn)展12-14
• 1.5 本文主要內(nèi)容14-15
• 2 基于Whipple結(jié)構(gòu)超高速撞擊的仿真準(zhǔn)確性驗(yàn)證15-23
• 2.1 Whipple防護(hù)結(jié)構(gòu)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(yàn)驗(yàn)證19-20
• 2.3 彈道極限方程匹配驗(yàn)證20-22
• 2.4 本章小結(jié)22-23
• 3 新型填充式波紋夾層防護(hù)結(jié)構(gòu)23-37
• 3.1 設(shè)計(jì)目的23-24
• 3.2 填充式波紋夾層防護(hù)結(jié)構(gòu)基本構(gòu)型設(shè)計(jì)24-25
• 3.2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)25-33
• 3.3.1 填充式波紋夾層防護(hù)結(jié)構(gòu)超高速撞擊仿真模型25-27
• 3.3.2 波紋夾層結(jié)構(gòu)防護(hù)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)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(jié)構(gòu)與Whipple結(jié)構(gòu)防護(hù)性能對(duì)比分析33-36
• 3.4.1 碎片云形貌對(duì)比33-34
• 3.4.2 不可逆功轉(zhuǎn)化能力對(duì)比34
• 3.4.3 航天器艙壁損傷對(duì)比34-36
• 3.5 本章小結(jié)36-37
• 4 填充式波紋夾層結(jié)構(gòu)超高速撞擊特性研究37-58
• 4.1 新型防護(hù)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(duì)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(zhuǎn)化特性48-50
• 4.5.2 動(dòng)能吸收特性50-52
• 4.5.3 結(jié)構(gòu)不同部分能量吸收特性對(duì)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(luò)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(jié)57-58
• 5 不同形狀空間碎片撞擊填充式波紋夾層結(jié)構(gòu)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(duì)超高速撞擊防護(hù)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(jié)構(gòu)撞擊穿孔特性61-62
• 5.2.3 能量吸收特性對(duì)比62-64
• 5.2.4 航天器艙壁損傷特性對(duì)比64-66
• 5.3 本章小結(jié)66-67
• 6 結(jié)束語67-69
• 6.1 本文完成的主要內(nèi)容67-68
• 6.2 尚待進(jìn)一步研究的內(nèi)容68-69
• 致謝69-70
• 參考文獻(xiàn)70-76
• 附錄76

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1 王衛(wèi)杰;沈懷榮;李怡勇;;射彈超高速撞擊衛(wèi)星推進(jìn)劑起爆模型研究[J];系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào);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(xué)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(hù)屏碎片云數(shù)值模擬[J];材料科學(xué)與工藝;2005年03期

4 張偉,龐寶君,賈斌,曲焱U，

本文編號(hào)：802718