高速撞击下防护结构的损伤分析及评估方法研究

发布时间：2017-08-04 10:18

  本文关键词：高速撞击下防护结构的损伤分析及评估方法研究

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【摘要】：随着空间环境的日益恶化,航天器在轨运行安全受到严重威胁,空间碎片的不断增长导致航天器被撞击概率增大,提升航天器自身防护能力变得十分重要。对于航天器防护结构而言,表征防护能力的标准主要采用弹道极限方程,目前防护结构的弹道极限研究大多采用实验方法,根据实验数据拟合得到弹道极限方程。由于实验方法需进行大量实验,且不能较好解释高速撞击的深层次物理过程,本文从能量角度提出一个评估防护结构性能的方法,针对以铝合金为代表的金属材料及以玄武岩纤维布为代表的编织材料,研究了各自作为防护前屏时的吸能特性,并根据单层板的能量损伤判别建立了双层结构以及多层结构的评估方法。首先,针对单层板的现有研究结论,提出了单层靶板高速撞击临界失效动能这一概念,认为单层板的临界破坏由入射弹丸的初始动能决定,并通过实验测得一个直径下的弹丸临界失效动能。为验证不同直径弹丸撞击同一单层靶板临界失效动能的一致性,本文采用不同直径弹丸进行了高速撞击验证实验,并得到了满意结果。其次,本文研究了铝合金板及玄武岩纤维布在弹丸撞击过程中的耗能特性,用于研究铝合金的方法可以推广到金属材料,用于研究玄武岩纤维布的方法可以推广到编织材料。基于能量耗散的研究表明:弹道段高速撞击下,铝合金防护屏对弹丸能量的消耗主要由铝屏剥离部分质量引起,玄武岩纤维布对弹丸能量的消耗主要由穿透过程的做功引起。在破碎段内,基于本文提出的临界失效动能判别方法,证明了铝双层板结构破碎段弹道极限曲线近似为直线。最后,针对以铝板及玄武岩纤维布组成的两种不同形式的组合防护结构,依据本文提出的临界失效动能判别方法,给出了上述两种结构高速撞击防护性能的评价,并在弹道区间内进行了实验验证,实验结果与理论预测表现一致。本文基于单层靶板临界失效动能判别方法,并通过研究不同防护屏的能量吸收特性,可以由单层板向双层及多层结构过渡,可为航天器防护结构设计提供新的思路。
【关键词】：空间碎片 防护结构 临界失效动能 弹道极限 评估方法
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V528;V445.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-19
• 1.1 课题背景8-13
• 1.1.1 空间碎片的来源及分类8-9
• 1.1.2 空间碎片的危害9-10
• 1.1.3 空间碎片的数量10-11
• 1.1.4 课题意义11-13
• 1.2 防护结构的进展13-15
• 1.3 国内外研究现状15-18
• 1.3.1 国内研究现状15-16
• 1.3.2 国外研究现状16-18
• 1.4 主要研究内容18-19
• 第2章 铝合金前屏及编织材料防护屏损伤破坏特征19-28
• 2.1 引言19
• 2.2 碎片云形成机理19-21
• 2.3 铝屏高速撞击损伤特征21-24
• 2.3.1 弹道段特性21-22
• 2.3.2 破碎段特性22-23
• 2.3.3 铝薄板穿孔规律23-24
• 2.4 玄武岩纤维布高速撞击损伤特征24-27
• 2.4.1 玄武岩纤维布的力学性能24-25
• 2.4.2 玄武岩纤维布的表征及损伤特征25-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第3章 铝屏弹道段防护特性及评估方法28-42
• 3.1 引言28
• 3.2 单层板的撞击特性28-30
• 3.3 评估方法的建立30-36
• 3.3.1 单层铝板失效临界撞击动能测定30-33
• 3.3.2 铝屏弹道段评估方法33-36
• 3.4 评估方法的准确度分析36-41
• 3.4.1 剩余速度的精度比较36-38
• 3.4.2 铝双层板弹道极限实验验证38-39
• 3.4.3 铝双层板弹道极限对比39-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第4章 铝合金双层板结构破碎段评估方法42-55
• 4.1 引言42
• 4.2 碎片云损伤的主要特点42-44
• 4.3 碎片云有效损伤动能44-45
• 4.4 破碎段高速撞击能量过程45-49
• 4.5 破碎段撞击极限方程的建立49-54
• 4.6 本章小结54-55
• 第5章 编织材料及填充式防护性能的评估方法55-68
• 5.1 引言55
• 5.2 编织材料的侵彻能量模型55-57
• 5.3 考虑动态效应的能量穿透过程57-61
• 5.4 填充式结构防护性能的评估方法研究61-63
• 5.5 编织材料/铝板组合结构临界失效动能实验验证63-64
• 5.6 破碎段编织材料/铝板组合结构性能分析64-67
• 5.7 本章小结67-68
• 结论68-70
• 参考文献70-76
• 攻读学位期间发表的学术论文76-77
• 致谢77

【引证文献】

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 王卫杰;沈怀荣;李怡勇;;薄板超高速撞击穿孔毁伤仿真研究[A];第13届中国系统仿真技术及其应用学术年会论文集[C];2011年

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本文编号：619018