包裹弹丸高速撞击破碎特性及防护研究

发布时间：2021-05-28 09:52

　　随着人类航天活动日益频繁,空间碎片问题对航天器的威胁逐渐增加,空间碎片的结构与形状也更加复杂。在航天器爆炸解体过程中可能发生不同材料碎片的高速碰撞,最终形成包裹结构,使空间碎片的高速撞击行为发生变化。目前关于空间碎片高速撞击的研究,都忽略或有限考虑空间碎片的形状因素,而包裹结构带来的特殊破碎效应不可忽视。为研究包裹结构的影响,本文设计几种包裹结构弹丸来模拟这种特殊结构的空间碎片,通过理论分析与数值仿真相结合的手段研究不同撞击条件下包裹弹丸的破碎特性与毁伤特性。本文的理论分析部分主要研究弹丸在破碎之前的力学行为和破碎以后产生破片的运动学行为。通过一些假设与理想化模型分析弹丸外壳和内芯填充物在冲击金属板过程中的受力情况,并以此为基础结合能量定律得到破片的轴向速度与径向速度方程,最终得到描述弹丸特定撞击条件下反映弹丸破碎特性的破片飞散参数计算模型。仿真分析方面,根据理论分析结果找出影响弹丸破碎特性的设计参数,将设计参数按照所属对象分为弹丸结构参数和防护结构设计参数。其中弹丸结构参数主要为外壳刻槽的结构参数和分段数量。通过设计不同结构参数的弹丸,分析仿真结果中各型弹丸的轴向剩余速度、径向扩散速... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：102 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究目的
        1.1.1 包裹结构空间碎片
        1.1.2 包裹结构空间碎片撞击特性
        1.1.3 研究目的
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 国内外研究现状的简析
    1.4 本文主要研究内容
第2章 研究方法与研究方案
    2.1 引言
    2.2 模拟弹丸设计
    2.3 数值仿真方案
        2.3.1 仿真材料模型
        2.3.2 仿真方案设计
    2.4 仿真有效性验证
        2.4.1 有效性验证方案
        2.4.2 实验与仿真结果对比
    2.5 本章小结
第3章 包裹弹丸撞击破碎机理分析
    3.1 引言
    3.2 基本假设
    3.3 包裹弹丸侵彻金属薄板的力学行为
        3.3.1 应力波传播过程
        3.3.2 靶板切应力作用
        3.3.3 弹丸横截面内的应力作用
    3.4 弹丸破片剩余速度
        3.4.1 破片轴向剩余速度
        3.4.2 破片径向扩散速度
    3.5 分段型模拟弹丸撞击破碎特性
        3.5.1 轴向剩余速度
        3.5.2 径向扩散速度
    3.6 不同撞击速度下弹丸破碎特性与模型修正
        3.6.1 破片轴向剩余速度
        3.6.2 破片径向扩散速度
    3.7 本章小结
第4章 包裹弹丸结构对撞击破碎特性的影响
    4.1 引言
    4.2 包裹弹丸基础破碎特性
        4.2.1 球型弹丸破碎特性对比仿真
        4.2.2 破碎特性的评判标准
    4.3 刻槽几何参数对破碎特性的影响
        4.3.1 刻槽数量对破碎特性的影响
        4.3.2 刻槽深度对破碎特性的影响
    4.4 分段数量对弹丸破碎特性的影响
    4.5 本章小结
第5章 防护结构对包裹弹丸撞击特性的影响
    5.1 引言
    5.2 双层板防护结构防护性能
        5.2.1 前板厚度对破片轴向剩余速度的影响
        5.2.2 前板厚度对破片径向扩散速度的影响
        5.2.3 前板厚度对后板损伤情况的影响
    5.3 多层板防护结构防护性能
        5.3.1 多层板对破片轴向剩余速度的影响
        5.3.2 多层板对破片径向扩散速度的影响
        5.3.3 板厚对各层板损伤情况影响
    5.4 柔性材料对包裹弹丸的防护性能
        5.4.1 柔性材料对包裹弹丸破碎特性的影响
        5.4.2 使用柔性材料的多层板结构防护性能研究
    5.5 本章小结
结论
参考文献
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]Damage of multi-layer spaced metallic target plates impacted by radial layered PELE[J]. Chun Cheng,Zhong-hua Du,Xi Chen,Li-zhi Xu,Cheng-xin Du,Ji-long Han,Xiao-dong Wang.  Defence Technology. 2020(01)
[2]特种弹头结构设计与终点效应研究[J]. 孙银,周克栋,赫雷.  兵器装备工程学报. 2019(07)
[3]分段PELE弹体冲击多层靶板数值分析[J]. 周敬辕,丁亮亮,汤文辉,冉宪文.  高压物理学报. 2018(05)
[4]防务[J].   国防科技工业. 2018(05)
[5]对破片飞散参量计算模型的分析和评价[J]. 印立魁,候秀成,赵太勇,陈智刚,纪刘奇.  弹箭与制导学报. 2017(04)
[6]5A06铝合金力学性能测试及其平板抗水下冲击动态响应分析[J]. 任鹏,田阿利,张伟,黄威.  振动与冲击. 2016(14)
[7]高密度聚乙烯单轴拉伸力学性能及本构关系研究[J]. 马赛尔,许进升,童心,周长省,李昊.  中国塑料. 2016(04)
[8]不同环境温度下铝球弹丸高速撞击编织物防护屏试验研究[J]. 管公顺,蒲东东,哈跃,庞宝君.  机械工程学报. 2015(03)
[9]横向效应增强型侵彻体作用机理研究进展[J]. 朱建生,张敬修.  兵器材料科学与工程. 2014(04)
[10]航天器解体模型研究的新进展[J]. 兰胜威,柳森,李毅,黄洁.  实验流体力学. 2014(02)

博士论文
[1]横向效应增强弹丸侵彻及破碎机理研究[D]. 樊自建.国防科学技术大学 2016
[2]横向效应增强型侵彻体作用机理研究[D]. 朱建生.南京理工大学 2008

硕士论文
[1]多弹丸高速撞击空间碎片防护结构的损伤与防护特性研究[D]. 段敏.哈尔滨工业大学 2018
[2]不同应力状态5A06铝合金板材断裂预测[D]. 王伟年.哈尔滨工业大学 2015



本文编号：3208027