C/C复合材料高温高速撞击实验与损伤性能评价
发布时间：2021-02-17 06:01
C/C复合材料作为一种高温/超高温防热结构材料,已经逐渐成为再入航天器、高速飞行器等航空航天飞行器高温区域外防热的首选材料体系。在飞行器安装、运输、发射和飞行过程中难以避免存在一定的冲击和撞击事件,特别是日益增多的空间碎片更是给飞行器外防热的C/C材料带来巨大的安全隐患,C/C材料在不同温度环境下的耐撞击能力以及结构产生孔洞损伤后的防隔热性能已经成为目前热防护结构设计必须要考虑的问题。本文针对此问题,分别从数值模拟、试验测试及损伤后防隔热性能评价三个方面展开研究。本文首先结合弹丸侵彻平板问题建立了耦合温度因素的高速撞击问题数值模拟方法,计算分析了高温环境C/C材料高速撞击损伤动态过程及撞击后表面损伤规律。并重点分析了热应力对材料损伤的影响差异以及损伤孔洞导致热防护结构的防隔热性能退化。最后,重点研究了C/C板的厚度对损伤性能的影响规律。在数值模拟的基础上,利用电阻加热原理结合传统的二级轻气炮技术设计搭建了高温高速撞击实验装置。并通过弹丸正撞击实验着重分析了靶板温度与弹丸速度因素对于C/C靶板的损伤影响规律。采用正交实验方法开展了高温环境撞击因素影响分析,获得了弹丸直径、速度、入射角及靶...
【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】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 C/C材料的高速撞击问题研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 本文主要研究的内容
第2章 C/C材料高温高速撞击问题数值模拟
2.1 引言
2.2 数值模拟方法设计
2.2.1 模拟方案
2.2.2 弹丸撞击过程分析
2.2.3 表面损伤形貌分析
2.3 C/C靶板温度因素损伤影响分析
2.3.1 热应力分布状态
2.3.2 热应力作用环境撞击损伤分析
2.3.3 含损伤C/C材料的防隔热性能分析
2.4 C/C靶板厚度因素损伤影响分析
2.4.1 靶板厚度 3mm及 5mm
2.4.2 靶板厚度 10mm
2.5 本章小结
第3章 高温高速撞击问题试验研究
3.1 引言
3.2 实验模型与装置设计
3.2.1 实验模型
3.2.2 可旋转式高温高速撞击试验装置设计
3.2.3 高温环境下小尺寸弹丸速度的测量方法
3.3 高温环境的高速正撞击实验
3.3.1 实验方案设计
3.3.2 温度因素对于表面损伤影响规律
3.3.3 速度因素对于表面损伤影响规律
3.4 多因素影响的高速撞击实验
3.4.1 正交实验设计
3.4.2 高温环境撞击过程分析
3.4.3 多因素对于高速撞击行为影响分析
3.5 本章小结
第4章 C/C复合材料损伤后的热力学性能评价
4.1 引言
4.2 含损伤C/C复合材料的力学性能评价
4.2.1 实验方案设计
4.2.2 强度极限测定
4.2.3 高温环境撞击损伤影响分析
4.3 含损伤C/C材料的热防护结构防隔热性能评价
4.3.1 实验方案设计
4.3.2 C/C热防护试验结构的防隔热功能有效性测试
4.3.3 含损伤C/C材料热防护试验结构的防隔热性能分析
4.4 本章小结
结论
附录 1：陶瓷材料模型的参数设置
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]碎片云超高速撞击声发射信号特征分析[J]. 庞宝君,张凯,林敏,刘源. 高压物理学报. 2014(06)
[2]铝球弹丸高速正撞击铝网防护屏破碎特性的数值模拟研究[J]. 管公顺,牛瑞涛,庞宝君. 高压物理学报. 2013(05)
[3]二维平纹编织C/SiC复合材料的超高速碰撞实验[J]. 杨扬,徐绯,张岳青,莫建军,陶彦辉. 爆炸与冲击. 2013(02)
[4]新型一体化热防护系统热力分析与试验研究[J]. 解维华,霍施宇,杨强,杜翀,孟松鹤,韩杰才. 航空学报. 2013(09)
[5]空间碎片防护研究最新进展[J]. 韩增尧,庞宝君. 航天器环境工程. 2012(04)
[6]可重复使用热防护系统试验验证技术概述[J]. 任青梅,成竹. 强度与环境. 2010(06)
[7]金属热防护系统边缘热短路研究[J]. 解维华,孟松鹤,杜善义,韩杰才,张博明. 航空学报. 2010(05)
[8]用LS-DYNA模拟柱状弹丸侵彻薄钢板过程[J]. 郑鑫,焦志刚. 沈阳理工大学学报. 2009(05)
[9]温度对Whipple防护屏弹道极限参数影响的试验研究[J]. 黄洁,陈萍,简和祥,李毅,柳森. 宇航学报. 2008(03)
[10]航天飞机考虑意外损伤时防热系统的健康管理研究[J]. 宣建林,冯蕴雯,张茂,宋笔锋. 机械强度. 2007(05)
博士论文
[1]弹丸超高速撞击薄板碎片云建模研究[D]. 迟润强.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]一体化热防护系统设计与综合效能评估方法研究[D]. 杨强.哈尔滨工业大学 2013
[2]温度对编织材料防护结构超高速撞击特性的影响[D]. 蒲东东.哈尔滨工业大学 2013
[3]碳纤维/环氧复合材料高速撞击损伤效应研究[D]. 王洋.哈尔滨工业大学 2009
本文编号：3037539
【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】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 C/C材料的高速撞击问题研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 本文主要研究的内容
第2章 C/C材料高温高速撞击问题数值模拟
2.1 引言
2.2 数值模拟方法设计
2.2.1 模拟方案
2.2.2 弹丸撞击过程分析
2.2.3 表面损伤形貌分析
2.3 C/C靶板温度因素损伤影响分析
2.3.1 热应力分布状态
2.3.2 热应力作用环境撞击损伤分析
2.3.3 含损伤C/C材料的防隔热性能分析
2.4 C/C靶板厚度因素损伤影响分析
2.4.1 靶板厚度 3mm及 5mm
2.4.2 靶板厚度 10mm
2.5 本章小结
第3章 高温高速撞击问题试验研究
3.1 引言
3.2 实验模型与装置设计
3.2.1 实验模型
3.2.2 可旋转式高温高速撞击试验装置设计
3.2.3 高温环境下小尺寸弹丸速度的测量方法
3.3 高温环境的高速正撞击实验
3.3.1 实验方案设计
3.3.2 温度因素对于表面损伤影响规律
3.3.3 速度因素对于表面损伤影响规律
3.4 多因素影响的高速撞击实验
3.4.1 正交实验设计
3.4.2 高温环境撞击过程分析
3.4.3 多因素对于高速撞击行为影响分析
3.5 本章小结
第4章 C/C复合材料损伤后的热力学性能评价
4.1 引言
4.2 含损伤C/C复合材料的力学性能评价
4.2.1 实验方案设计
4.2.2 强度极限测定
4.2.3 高温环境撞击损伤影响分析
4.3 含损伤C/C材料的热防护结构防隔热性能评价
4.3.1 实验方案设计
4.3.2 C/C热防护试验结构的防隔热功能有效性测试
4.3.3 含损伤C/C材料热防护试验结构的防隔热性能分析
4.4 本章小结
结论
附录 1：陶瓷材料模型的参数设置
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]碎片云超高速撞击声发射信号特征分析[J]. 庞宝君,张凯,林敏,刘源. 高压物理学报. 2014(06)
[2]铝球弹丸高速正撞击铝网防护屏破碎特性的数值模拟研究[J]. 管公顺,牛瑞涛,庞宝君. 高压物理学报. 2013(05)
[3]二维平纹编织C/SiC复合材料的超高速碰撞实验[J]. 杨扬,徐绯,张岳青,莫建军,陶彦辉. 爆炸与冲击. 2013(02)
[4]新型一体化热防护系统热力分析与试验研究[J]. 解维华,霍施宇,杨强,杜翀,孟松鹤,韩杰才. 航空学报. 2013(09)
[5]空间碎片防护研究最新进展[J]. 韩增尧,庞宝君. 航天器环境工程. 2012(04)
[6]可重复使用热防护系统试验验证技术概述[J]. 任青梅,成竹. 强度与环境. 2010(06)
[7]金属热防护系统边缘热短路研究[J]. 解维华,孟松鹤,杜善义,韩杰才,张博明. 航空学报. 2010(05)
[8]用LS-DYNA模拟柱状弹丸侵彻薄钢板过程[J]. 郑鑫,焦志刚. 沈阳理工大学学报. 2009(05)
[9]温度对Whipple防护屏弹道极限参数影响的试验研究[J]. 黄洁,陈萍,简和祥,李毅,柳森. 宇航学报. 2008(03)
[10]航天飞机考虑意外损伤时防热系统的健康管理研究[J]. 宣建林,冯蕴雯,张茂,宋笔锋. 机械强度. 2007(05)
博士论文
[1]弹丸超高速撞击薄板碎片云建模研究[D]. 迟润强.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]一体化热防护系统设计与综合效能评估方法研究[D]. 杨强.哈尔滨工业大学 2013
[2]温度对编织材料防护结构超高速撞击特性的影响[D]. 蒲东东.哈尔滨工业大学 2013
[3]碳纤维/环氧复合材料高速撞击损伤效应研究[D]. 王洋.哈尔滨工业大学 2009
本文编号：3037539
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