【摘要】：小行星撞擊地球作為人類生存的潛在威脅近年來引起了各國的高度重視,該物理過程是一個典型的超高速碰撞過程,伴隨著撞擊成坑、反濺碎片云等現(xiàn)象。由于小行星撞擊過程具有速度高、尺度大等特點,目前地面試驗能力無法真實模擬行星尺度撞擊的情況,因而需要進行縮比模型試驗,而相似律是連接原型尺度撞擊與縮比模型撞擊的橋梁,利用相似律能在特定條件下使得實驗室試驗結果較精準地反映真實撞擊結果,因而建立合理可靠的相似律關系是開展小行星撞擊縮比模型研究的前提。鐵元素是小行星重要組成成分,而巖土材料是地表分布最廣的材料,本文選用鋼彈丸作為撞擊物,選用地球上分布最廣的巖土材料——花崗巖作為靶體材料,結合超高速碰撞試驗以及仿真手段對花崗巖成坑的相似律進行研究。主要研究內容如下:(1)花崗巖超高速撞擊成坑的相似律建模。調研分析影響行星撞擊的主要物理參數(shù),結合工程經驗公式確定影響花崗巖撞擊成坑的主要參數(shù)作為自變量,以坑深尺寸為研究的因變量,通過量綱分析法建模得到與坑深尺寸有關的無量綱公式,從而得到與撞擊坑深有關的幾何相似律、動能相似律與動量相似律。相似律關系表明,與靶體材料強度和聲速有關的無量綱量是決定撞擊成坑尺寸最主要的參數(shù),進一步分析幾何相似律,初步得到結論,在保證撞擊彈靶材料不變,撞擊速度一致的情況下,坑深尺寸與彈丸直徑的比值應為定值。(2)花崗巖超高速撞擊的試驗驗證研究。在建立的相似律模型基礎上設計試驗方案,在彈道靶上分別開展直徑5mm、10mm、20mm的球形鋼彈丸在2.5km/s、4.0km/s速度下的超高速撞擊試驗,得到各狀態(tài)下花崗巖靶體的成坑特性,并拍照得到各次試驗反濺碎片云的形成與演化過程。分析試驗結果,認為撞擊成坑深度滿足所建立的相似律,并結合試驗數(shù)據(jù)擬合得到成坑深度與彈丸各運動物理量之間的經驗公式。同時定性分析結果表明,超高速碰撞的應變率效應將使得幾何相似律出現(xiàn)一定偏轉。(3)花崗巖超高速撞擊的數(shù)值仿真研究。采用SPH方法及適用于本文所研究花崗巖材料的HJC模型對試驗撞擊過程進行數(shù)值仿真,仿真所得成坑結果與試驗成坑結果較為一致,分析認為仿真方法與模型具有較高的精度;然后對實驗室無法實現(xiàn)的發(fā)射狀態(tài)進行仿真,在試驗采用撞擊狀態(tài)的基礎上,增加補充直徑為50mm、100mm的撞擊彈丸,并將撞擊速度增加到7.0km/s及10.0km/s,結合已有試驗數(shù)據(jù),驗證補充仿真狀態(tài)是否仍然符合所建立的相似規(guī)律,結果證明成坑的幾何相似律、動能相似律與動量相似律在所補充研究的系列狀態(tài)下仍然成立。通過試驗與仿真的方法最終得到結論,對于撞擊速度2.5km/s~10.0km/s、撞擊彈丸尺度為5mm~100mm的撞擊狀態(tài)范圍內,花崗巖材料撞擊成坑的深度滿足所建立的相似律關系,因而可在該狀態(tài)范圍內通過研究小尺寸彈丸的撞擊毀傷的尺寸特征等效模擬較大尺寸彈丸的撞擊情況。
【圖文】：

軍事科學院碩士學位論文第一章 引言1.1 研究背景和意義撞擊及相關研究方法體物理研究中的常見現(xiàn)象，在太陽系中，除了八大行星和彗星，這些小天體在運行中不時會接近、甚到地表時，，會造成一個比自身直徑大 10 倍的坑，探索行星撞擊對于了解星體的形成歷史，掌握星體性有重要意義。

USATunguskaFireball,Siberia 1908Ries Crater,GermanyChesapeakeBay, USAChM40m 60~100m 1500m 2300m 1鐵 巖石 巖石 巖石 20km/s 20km/s 20km/s 20km/s 245。45。30。45。沉積巖 沉積巖 結晶巖 水 ASA 在深空探測領域處于世界領先地位，其所發(fā)射的旅行者的深空旅行中拍攝得到了大量星體表面的坑形圖片，為人類撞坑形提供了大量素材。除開隕石坑觀測、深空探測等方式，行星撞擊極其重要的手段。美國 AMES 中心在 1966 年建造了超R）[2]，其后在該設備上開展了一系列超高速撞擊成坑試驗，擊下成坑的相關特征（圖 1.2）。由于隕石坑觀測受地理因素影的數(shù)據(jù)獲得周期長且難度較大，因而地面模擬試驗是研究天要的手段。
【學位授予單位】：軍事科學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：P185.7

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3 潘玉瑋;o"代巫

本文編號：2666095