纤维织物超高速碰撞热—力学特性分析

发布时间：2021-04-16 09:24

　　航天器运行轨道存在大量的空间碎片,严重威胁航天器的安全在轨运行,需要在航天器表面增加防护结构。纤维织物具有高强度、高模量、抗冲击性能优异,以及可柔性折叠、展开体积比大等特点,在太空中可以展开形成多屏大间距的防护结构。因此,在空间碎片防护方面,纤维织物具有很好的应用前景。空间碎片与航天器防护结构超高速碰撞（Hypervelocity Impact,HVI）过程中,由于撞击区域受到极高的冲击压力,发生能量转化并产生急剧温升,且碎片云会由于温度升高发生相变等现象,导致其侵彻能力发生变化,从而影响防护结构的防护性能。超高速碰撞过程中的热-力学特性研究具有重要意义,可为防护结构的设计提供参考依据。本文开展了纤维织物超高速碰撞热-力学特性研究,主要包括以下工作:1)针对纤维织物的结构特性,建立其超高速碰撞热-力学特性仿真分析模型。首先从纤维织物的纱线编织结构出发,建立编织纱线细观单胞几何模型。其次,确定了纤维织物本构模型、状态方程以及失效准则,结合FEM-SPH耦合方法,建立了纤维织物超高速碰撞热-力学仿真分析模型并进行仿真计算。然后,将计算结果与文献实验结果进行比较,两者结果吻合度较好,验证了本... 

【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】：81 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

Whipple防护结构原理

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文4图1-2柔性可扩展防护结构图1-3试验中弹靶结构及观察板损伤识别就国内进展而言，“十一五”期问，以空问碎片研究专项中的航天器防护工程为背景，采用地面模拟试验、数值仿真和理论分析相结合的技术手段，对主要国产航天材料及其典型防护构型进行了深入研究，建立了国产防护材料的超高速碰撞损伤方程及单、双层板防护结构的碰撞极限方程，获取了典型防护结构的碰撞极限曲线，为我国航天器特别是载人航天器的防护设计提供了经验模型和工程数据;创新性地开展了碳化硅和玄武岩纤维布的防护效应及其机理研究，可为打破国外先进材料禁运创造条件，并可应用于未来空问站的建设结合未来航天器防护需求，完成了空间碎片风险评估和部分防护设计研究工作，对我国自主研发的填充式Whipple防护结构进行了系列研究[12]。大量试验表明:在填充的纤维层总面密度为0.135g/cm3(相当于厚度为0.5mm的铝合金板)的情况下，SiC/Kevlar填充Whipple防护结构、玄武岩纤维布/Kevlar填充Whipple防护结构的防护性能明显优于等面密度的三层铝合金板防护屏(如图1-4（a）和图1-4(b)，且与国外Nextel/Kevlar填充Whipple防护屏的防护能力相当(如图1-

试验中弹靶结构及观察板损伤识别

【参考文献】：
期刊论文
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[2]超高速碰撞产生的碎片云研究进展[J]. 邸德宁,陈小伟,文肯,张春波.  兵工学报. 2018(10)
[3]含能材料防护屏在球形弹丸超高速撞击下的穿孔特性研究[J]. 武强,张庆明,龙仁荣,龚自正.  兵工学报. 2017(11)
[4]超高速撞击厚靶过程的能量分配研究[J]. 唐恩凌,徐名扬,张庆明,王猛,相升海,夏瑾,刘淑华,贺丽萍,韩雅菲,张立佼,吴尽,张爽,袁健飞.  固体力学学报. 2016(02)
[5]铝超高速碰撞产生等离子体相变潜热的理论研究[J]. 刘志祥,张庆明.  兵工学报. 2014(S2)
[6]超高速碰撞产生等离子体的毁伤特性研究[J]. 宁建国,栗建桥,宋卫东.  力学学报. 2014(06)
[7]超高速撞击产生碎片云相分布数值模拟[J]. 唐蜜,刘仓理,李平,钟敏,柏劲松,谢龙.  强激光与粒子束. 2012(09)
[8]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)
[9]超高速碰撞产生等离子体电磁特性的研究进展[J]. 唐恩凌,张庆明,相升海,杨明海,李乐新,张薇.  强激光与粒子束. 2011(04)
[10]超高速碰撞LY12铝靶产生等离子体的电子温度诊断[J]. 唐恩凌,张庆明,张健.  爆炸与冲击. 2009(03)

硕士论文
[1]纤维编织材料超高速撞击特性研究[D]. 祖振南.哈尔滨工业大学 2018
[2]超高速碰撞LY12铝靶产生闪光的辐射特性研究[D]. 王迪.沈阳理工大学 2015
[3]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



本文编号：3141171