微小碎片撞击效应损伤特征与机理研究

发布时间：2017-04-05 17:18

  本文关键词：微小碎片撞击效应损伤特征与机理研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着人类航天活动的增加,空间碎片的含量与日俱增,微小空间碎片成为影响航天器在轨服役寿命与可靠性的重要空间环境因素之一。本文采用激光驱动飞片技术实现了空间碎片环境的地面模拟。利用激光驱动飞片技术具有撞击粒子与撞击坑一一对应的优势,将光学材料撞击效应与具体撞击碎片相对应,通过光学显微镜,体式显微镜以及扫描电镜的表征,研究分析了撞击碎片特征参数与光学材料损伤特征与机理。同时参照球形粒子撞击方程的经验公式,结合高速撞击动力学,建立适应于激光驱动飞片地面模拟空间微小碎片技术的高速撞击方程,探讨空间微小碎片高速撞击效应的地面模拟差异。本文选取石英玻璃作为试验使用的光学玻璃,分别选用不同工艺方法制备飞片靶,通过激光驱动不同工艺制备的金属薄膜来确定适用于激光驱动飞片的技术飞片靶的最佳薄膜。通过不同速度的飞片对光学石英玻璃进行高速撞击实验,通过对撞击的坑深和坑径的观察,发现光学玻璃表面的撞击坑的坑深和坑径随着速度的增大,呈现出先增大后减小的规律。同时,通过改变飞片的长径比研究飞片边界几何因素对光学石英玻璃高速撞击损伤缺陷形貌的影响,发现不同形状的粒子对撞击坑的成坑有着不同的撞击机制。本文最后在撞击损伤效应研究的基础上,结合超高速碰撞动力学,从材料碰撞的机理上阐述了片状与球状粒子撞击损伤规律的差异,结合球形粒子撞击方程经验公式和粒子边界几何因素修正,建立适应于激光驱动飞片地面模拟空间微小碎片技术的高速撞击方程。
【关键词】：激光驱动飞片 飞片靶 高速撞击 边界几何因素 撞击方程
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：V528;V416
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-21
• 1.1 课题的背景研究与提出8
• 1.2 空间碎片的环境8-11
• 1.2.1 空间碎片的形状9-10
• 1.2.2 空间碎片的分类10
• 1.2.3 空间碎片撞击的危害10-11
• 1.3 超高速动力学的研究11-13
• 1.3.1 高速撞击下的靶板材料的损伤11-12
• 1.3.2 高速碰撞中冲击波的传播12-13
• 1.3.3 靶材的破坏模式13
• 1.4 高速撞击下弹靶的物理效应13-15
• 1.4.1 撞击速度对靶材的动态响应14-15
• 1.4.2 靶板厚度对靶材的动态响应15
• 1.5 激光驱动飞片技术的介绍15-16
• 1.5.1 激光驱动飞片技术的基本原理16
• 1.6 激光与材料的相互作用16-20
• 1.6.1 激光对材料的熔融现象17-18
• 1.6.2 激光对材料的气化现象18-19
• 1.6.3 激光驱动飞片的物理过程19
• 1.6.4 激光驱动飞片的撞击成坑过程19-20
• 1.7 研究目的和内容20-21
• 第二章 材料与试验方法21-28
• 2.1 试验材料21
• 2.1.1 飞片靶的制备21
• 2.2 飞片速度的测量21-24
• 2.3 试验设备24-25
• 2.3.1 脉冲固体激光器24
• 2.3.2 数字示波器24-25
• 2.3.3 真空容器25
• 2.4 分析测试方法25-28
• 2.4.1 光学显微镜25-26
• 2.4.2 扫描电子显微镜26
• 2.4.3 体式显微镜26-27
• 2.4.4 image-pro-plus软件27-28
• 第三章 激光驱动飞片特征参数的影响因素研究28-34
• 3.1 引言28
• 3.2 激光能量对飞片速度的影响28-29
• 3.3 激光光束参数的设定29-31
• 3.3.1 激光光束的形状和结构29-30
• 3.3.2 激光光路的调整30-31
• 3.4 烧蚀涂层的计算31-32
• 3.5 不同制备工艺的金属薄膜对激光驱动飞片完整性的影响32-33
• 3.6 本章小结33-34
• 第四章 碎片撞击损伤特征与机理34-47
• 4.1 引言34
• 4.2 速度对靶材宏观形貌损伤特征的影响34-39
• 4.2.1 速度对撞击坑大小的影响35-36
• 4.2.2 速度对撞击坑深的影响36-37
• 4.2.3 激光驱动飞片撞击靶材的极限速度37-39
• 4.3 碎片几何边界因素（长径比）对靶材宏观形貌损伤特征的影响39-44
• 4.4 高速撞击后材料微观组织的损伤变化44-45
• 4.5 本章小结45-47
• 第五章 激光驱动飞片撞击特征参数方程的建立47-55
• 5.1 引言47
• 5.2 弹坑的形成过程47-48
• 5.3 球形弹丸与片状弹丸的不同撞击损伤规律48-51
• 5.4 片状粒子的多特征损伤方程建立与验证51-53
• 5.5 激光驱动近球形粒子的展望53-54
• 5.6 本章结论54-55
• 第六章 全文总结55-56
• 参考文献56-61
• 发表论文和参加科研情况说明61-62
• 致谢62-64

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