基于欧拉方法的超高速撞击程序研制及碎片云相分布数值模拟
发布时间：2021-09-21 21:46
有效开展航天器防护结构设计,提升航天器生存能力,是各航天大国一个非常重要的研究任务。超高速撞击问题不仅是航天器防护结构设计的关键问题,也是冲击动力学的一个基础问题。超高速撞击过程中弹靶材料会发生大变形、碎裂以及应力波作用导致的层裂破坏现象,形成碎片云；当碰撞速度很高时（空间碎片平均撞击速度在10 km/s以上）弹靶材料的压力和温度极高,碎片云会发生熔化、汽化甚至变成离子体等物理现象。因而碎片云的结构演化、质量/动量分布、碎片云热力学状态和相分布等碎片云特性成为航天器防护结构设计研究重点。目前国内外对于7 km/s以下弹丸撞击过程中碎片云结构演化和质量/动量分布等碎片云特性开展了大量的实验及数值模拟研究,但碎片云的热力学状态和相分布这一问题缺乏研究,尤其是对于真实太空环境中平均撞击速度在lOkm/s以上空间碎片超高速撞击问题,碎片云发生熔化、汽化现象将更加普遍。受限于超高速发射能力不足和诊断手段有限,实验研究碎片云熔化、汽化和相分布等问题难度较大,因而开展超高速撞击过程数值模拟及碎片云相分布数值模拟,对于提升航天器防护结构设计能力和提高超高速撞击机理认识水平具有重要的工程应用价值和科学意...
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：118 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１空间碎片分布??
１．１研究背景和意义??在近地空间环境中，存在人类探索宇宙和太空过程中留下的大量人造空间碎片，如??图１．１所示，其平均速度在１０?ｋｍ／ｓＷ上。空间巧片由于数量巨大、速度很高、质量较??大，当其与航天器发生碰撞，将会使航天器表面发生成坑或穿孔现象，从而对航天器内??部结构产生影响，并导致严重后果。所１＾＾空间碎片对在轨航天器安全运行及航天活动??正常开展构成严重威胁。??ｎ??图１．１空间碎片分布??深入分析空间碎片对航天器可能造成的危害，有效开展航天器防护结构设计，提升??航天器生存能力，是各航天大国一个非常重要的研究任务。超高速撞击问题不仅是航天??器防护结构设计的关键问题，也是冲击动力学的一个基础问题。超高速撞击过程中的弹??靴材料会发生大变形、碎裂Ｗ及应力波作用导致的层裂破坏现象，形成碎片云；当碰撞??速度很高时（空间碎片平均撞击速度在１０?ｋｍ／ｓＷ上）弹祀材料的压力和温度极高，碎??片吉会发生烙化、汽化甚至变成离子体等物理现象。因而碎片云的结构演化、质量／动??量分布、碎片云热力学状态和相分布等碎片云特性成为航天器防护结构设计研究的重??点。??目前国内外对于７?ｋｍ／ｓ?Ｗ下弹丸撞击过程中碎片吉结构演化和质量／动量分布等碎??片云特性开展了大量的实验及数值模拟研究
困１．３?Ｓａｎｄｉａ实強室超高速装置示意围??Ｊ．Ｄ．?Ｗａ化ｅｒｕｗ利用聚能装药技术，通过引爆高能炸药驱动金属药型罩形成射流，??射流受到阻碍物阻隔产生厚壁错管弹丸。这种装置（见图１．４）可将长径比为２？３，质??量为０．?８？１．日ｇ的厚壁铅管弹丸加速至１１?ｋｍ／ｓ。不足在于难Ｗ控制弹丸的初始形状和??初始状态，需根据弹丸飞行期间的射线照片估计弹丸质量。??－４－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属铝固液气完全物态方程研究[J]. 于继东,李平,王文强,吴强. 物理学报. 2014(11)
[2]判断某点是否在任意多边形内两种算法的比较[J]. 邹有建,肖龙鑫,陈鼎. 地矿测绘. 2009(03)
[3]CAST空间碎片超高速撞击试验研究进展[J]. 龚自正,杨继运,代福,董洪建,童靖宇,向树红,庞贺伟. 航天器环境工程. 2009(04)
[4]Grneisen系数与铝的高温高压状态方程[J]. 宋萍,蔡灵仓. 物理学报. 2009(03)
[5]基于不分裂算法的Euler网格细分方法[J]. 宁建国,刘春,马天宝. 高压物理学报. 2008(04)
[6]Euler方法中的不分裂输运算法[J]. 刘春,马天宝,宁建国. 北京理工大学学报. 2008(10)
[7]高效能电炮实验装置的研制[J]. 赵剑衡,孙承纬,唐小松,谭福利,王桂吉,张宁,刘仓理. 实验力学. 2006(03)
[8]铝合金Whipple防护结构高速撞击实验研究[J]. 管公顺,庞宝君,哈跃,张伟. 爆炸与冲击. 2005(05)
[9]一维平面磁驱动等熵加载发射飞片技术[J]. 赵剑衡,孙承纬,谭福利,彭其先,王桂吉. 爆炸与冲击. 2005(04)
[10]用于验证数值仿真的Whipple屏超高速撞击试验结果[J]. 柳森,李毅,黄洁,罗锦阳,谢爱民,石安华. 宇航学报. 2005(04)
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
[2]基于SPH方法的空间碎片超高速碰撞特性及其防护结构设计研究[D]. 徐金中.国防科学技术大学 2008
[3]Johnson-Cook本构模型和Steinberg本构模型的比较研究[D]. 彭建祥.中国工程物理研究院 2006
硕士论文
[1]超高速碰撞下相变效应的数值模拟研究[D]. 李宝宝.国防科学技术大学 2010
[2]三维非理想爆轰波阵面传播过程的数值方法和数值模拟[D]. 钟敏.中国工程物理研究院 2005
本文编号：3402549
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：118 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１空间碎片分布??
１．１研究背景和意义??在近地空间环境中，存在人类探索宇宙和太空过程中留下的大量人造空间碎片，如??图１．１所示，其平均速度在１０?ｋｍ／ｓＷ上。空间巧片由于数量巨大、速度很高、质量较??大，当其与航天器发生碰撞，将会使航天器表面发生成坑或穿孔现象，从而对航天器内??部结构产生影响，并导致严重后果。所１＾＾空间碎片对在轨航天器安全运行及航天活动??正常开展构成严重威胁。??ｎ??图１．１空间碎片分布??深入分析空间碎片对航天器可能造成的危害，有效开展航天器防护结构设计，提升??航天器生存能力，是各航天大国一个非常重要的研究任务。超高速撞击问题不仅是航天??器防护结构设计的关键问题，也是冲击动力学的一个基础问题。超高速撞击过程中的弹??靴材料会发生大变形、碎裂Ｗ及应力波作用导致的层裂破坏现象，形成碎片云；当碰撞??速度很高时（空间碎片平均撞击速度在１０?ｋｍ／ｓＷ上）弹祀材料的压力和温度极高，碎??片吉会发生烙化、汽化甚至变成离子体等物理现象。因而碎片云的结构演化、质量／动??量分布、碎片云热力学状态和相分布等碎片云特性成为航天器防护结构设计研究的重??点。??目前国内外对于７?ｋｍ／ｓ?Ｗ下弹丸撞击过程中碎片吉结构演化和质量／动量分布等碎??片云特性开展了大量的实验及数值模拟研究
困１．３?Ｓａｎｄｉａ实強室超高速装置示意围??Ｊ．Ｄ．?Ｗａ化ｅｒｕｗ利用聚能装药技术，通过引爆高能炸药驱动金属药型罩形成射流，??射流受到阻碍物阻隔产生厚壁错管弹丸。这种装置（见图１．４）可将长径比为２？３，质??量为０．?８？１．日ｇ的厚壁铅管弹丸加速至１１?ｋｍ／ｓ。不足在于难Ｗ控制弹丸的初始形状和??初始状态，需根据弹丸飞行期间的射线照片估计弹丸质量。??－４－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属铝固液气完全物态方程研究[J]. 于继东,李平,王文强,吴强. 物理学报. 2014(11)
[2]判断某点是否在任意多边形内两种算法的比较[J]. 邹有建,肖龙鑫,陈鼎. 地矿测绘. 2009(03)
[3]CAST空间碎片超高速撞击试验研究进展[J]. 龚自正,杨继运,代福,董洪建,童靖宇,向树红,庞贺伟. 航天器环境工程. 2009(04)
[4]Grneisen系数与铝的高温高压状态方程[J]. 宋萍,蔡灵仓. 物理学报. 2009(03)
[5]基于不分裂算法的Euler网格细分方法[J]. 宁建国,刘春,马天宝. 高压物理学报. 2008(04)
[6]Euler方法中的不分裂输运算法[J]. 刘春,马天宝,宁建国. 北京理工大学学报. 2008(10)
[7]高效能电炮实验装置的研制[J]. 赵剑衡,孙承纬,唐小松,谭福利,王桂吉,张宁,刘仓理. 实验力学. 2006(03)
[8]铝合金Whipple防护结构高速撞击实验研究[J]. 管公顺,庞宝君,哈跃,张伟. 爆炸与冲击. 2005(05)
[9]一维平面磁驱动等熵加载发射飞片技术[J]. 赵剑衡,孙承纬,谭福利,彭其先,王桂吉. 爆炸与冲击. 2005(04)
[10]用于验证数值仿真的Whipple屏超高速撞击试验结果[J]. 柳森,李毅,黄洁,罗锦阳,谢爱民,石安华. 宇航学报. 2005(04)
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
[2]基于SPH方法的空间碎片超高速碰撞特性及其防护结构设计研究[D]. 徐金中.国防科学技术大学 2008
[3]Johnson-Cook本构模型和Steinberg本构模型的比较研究[D]. 彭建祥.中国工程物理研究院 2006
硕士论文
[1]超高速碰撞下相变效应的数值模拟研究[D]. 李宝宝.国防科学技术大学 2010
[2]三维非理想爆轰波阵面传播过程的数值方法和数值模拟[D]. 钟敏.中国工程物理研究院 2005
本文编号：3402549
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