低密度脆性微流星体撞击航天器防护结构损伤效应研究

采用硅酸盐质弹丸模拟低密度脆性微流星体,开展了航天器典型Whipple 防护结构撞击实验研究,获得了低密度微流星体弹丸损伤模式和损伤规律,实验表明,当弹丸撞击速度在1.1~1.4 km/s,前板损伤模式从花瓣式开裂转变为穿孔,当速度为1.4 km/s 时后板鼓包头上出现裂纹;随着弹丸速度的进一步增加,后板出现剥落现象,并形成花瓣撕裂,当弹丸撞击速度达到1.95 km/s 时后板被击穿,导致防护结构受到破坏.     

超高速撞击动力学及航天器防护研究进展

概述了超高速撞击动力学的国内外研究背景;从超高速撞击厚板成坑、中厚板侵彻、薄板形成碎片 云、模拟实验技术和数值模拟技术5个方面总结了超高速撞击动力学的研究进展情况;分析 了超高速撞击对航天器的毁伤效应;给出了航天器的防护要求;讨论了航天器防护结构的方 案设计和性能表征. 为超高速撞击动力学和航天器防护研究提供技术参考.     

铝合金Whipple防护结构高速撞击实验研究

为了掌握航天器防护结构受空间碎片高速撞击的损伤破坏模式及其防护性能,采用二级轻气炮发射球形弹丸,对铝合金Whipple防护结构进行高速撞击实验研究。根据实验结果分析了铝合金Whipple防护结构的防护屏和舱壁在不同速度区间的损伤模式特征,以及薄铝板防护屏高速撞击穿孔和舱壁弹坑分布随弹丸直径、弹丸撞击速度变化的规律。通过固定弹丸直径,改变弹丸撞击速度,寻找临界撞击速度的方法获得了铝合金Whipple防护结构在0.5~5.5 km/s撞击速度区间内的撞击极限曲线,并与由Christiansen撞击极限方程得到的撞击极限曲线进行了比较,结果表明,实验最小临界弹丸直径略大于预测值。     

活性Whipple结构超高速撞击防护性能实验研究

以二级轻气炮作为加载手段,针对以PTFE/Al活性材料为防护屏的Whipple防护结构,开展不同弹丸尺寸、不同碰撞速度的超高速撞击实验。利用激光阴影照相设备,获得并分析了碎片云特性;通过回收的防护结构靶板,研究了活性材料防护结构超高速撞击条件下的后板损伤特性;通过与经典Christiansen撞击极限方程对比,获得活性材料Whipple结构防护性能,并拟合得到新型防护结构的撞击极限曲线。结果表明,相较于同面密度铝合金材料,活性材料超高速撞击条件下的冲击起爆反应使得碎片云中具有侵彻能力的碎片大幅减少,从而显著提升航天器的防护能力,撞击速度为2.31 km/s时最大可提升45%。     

弹丸超高速撞击航天器典型防护结构数值仿真

选用铝和火山岩两种材料的弹丸,对航天器典型Whipple防护结构进行超高速撞击数值仿真计算.结果表明在弹丸质量和速度相同的情况下,铝弹丸撞击航天器防护结构的损伤效应要远远大于火山岩弹丸撞击的损伤,这是由弹丸材料特性决定的.     

防护板尺寸对Whipple防护结构撞击损伤影响的实验研究

通过高速撞击实验,探讨了采用小尺寸防护板的可行性。实验中采用的Whipple结构由尺寸变化的1 mm厚防护板（前板）和尺寸固定的3 mm厚舱壁板（后板）组成,防护板与舱壁板间隔10 cm。防护板为边长分别为8、12、16和20 cm的方形2A12铝合金板,舱壁板为边长为20 cm的方形5A06铝合金板。实验过程中均采用直径为4 mm的铝合金球形弹丸,撞击速度为1.45~1.71 km/s。实验结果表明:Whipple防护结构在舱壁板被击穿的概率大于0.8的条件下和击穿概率为0的条件下的极限速度以及舱壁板临界击穿条件下的速度都与防护板尺寸无关;并且,防护板前后表面击穿孔的直径及击穿孔侧壁的倾斜角也与防护板尺寸无关;但是,在速度相同的条件下随着板尺寸的增大,防护板板面的最大挠度增大,而且,防护板挠曲面的凸凹方向也由单一的凹向变成凸凹方向交替出现;随着速度的增加和板尺寸的增大,防护板最大挠度的增量减小。     

超高速撞击玄武岩及Kevlar纤维布填充防护结构研究

利用二级轻气炮对玄武岩及Kevlar纤维布填充Whipple防护结构进行了超高速撞击实验研究.以Nextel/Kevlar撞击极限曲线为参照,分析了双层未涂胶玄武岩及Kevlar纤维布填充防护结构和双层涂环氧树脂胶玄武岩及Kevlar纤维布填充防护结构的防护性能、填充材料及舱壁的损伤情况.实验表明:双层未涂胶玄武岩及Kevlar纤维布填充防护结构和双层涂环氧树脂胶玄武岩及Kevlar纤维布填充防护结构在高速区都具有优良的防护性能.此外.通过涂环氧树脂胶改善了玄武岩及Kevlar纤维布填充防护结构在高速区的防护性能.Kevlar纤维丝在低速区主要依靠塑性变形及断裂吸收弹丸的动能,玄武岩纤维丝在高速区主要依靠脆性断裂及高温碳化将弹丸破碎或融化为尺寸更小的碎片或熔球,减轻了对舱壁的损伤.玄武岩及Kevlar纤维丝在高速区存在高温熔化及碳化现象.     

第一门槛值区间单防护屏防护正撞击实验研究

微流星及空间碎片的高速撞击威胁着航天器的安全运行,导致其严重的损伤和灾难性的失效。本文级出和分析了柱状弹丸在第一门槛值速度区间正撞击铝合金单防护屏防护结构实验研究的结果。结果表明：单防护屏防护结构在此速度区间受柱状弹丸正撞击其损伤是比较严重的,并得到了柱状弹丸撞击防护结构损伤的特点和规律。     

玄武岩/Kevlar纤维布填充防护结构撞击极限及损伤特性

为了研究玄武岩/Kevlar纤维布填充防护结构的撞击极限和损伤特性,采用非火药驱动二级轻气炮进行超高速撞击实验,拟合撞击极限曲线,并与Nextel/Kevlar填充防护结构及三层铝防护结构进行比较。结果表明:玄武岩/Kevlar填充防护结构具有和Nextel/Kevlar填充防护结构类似的防护效果,防护性能优于三层铝防护结构。进一步研究填充防护结构铝合金防护屏、纤维布填充层及铝合金舱壁的损伤形式,分析了造成防护屏、填充层与舱壁不同损伤形貌的原因,探索了玄武岩/Kevlar纤维布填充防护结构的防护机理,得出玄武岩纤维布填充层使弹丸碎化,而Kevlar填充层消耗、吸收和分散弹丸或碎片云的能量。     

后墙拆分结构防护性能的实验和计算对比研究

为验证利用后墙拆分方式提升防护结构性能的可行性,通过开展数值模拟（铝弹丸直径6.0 mm,撞击速度5.0～8.3 km/s）和超高速撞击实验（铝弹丸直径6.0 mm,撞击速度约8.3 km/s）,研究了3种防护结构的性能差异以及不同撞击速度对结构防护性能的影响。防护结构主要包括Whipple结构和两种后墙拆分结构。针对直径6.0 mm铝弹丸分别以5.0、6.0、7.0、8.3 km/s的速度撞击防护结构的工况,借助Autodyn软件开展了数值模拟,并将模拟结果与在弹道靶设备上获得的超高速撞击实验结果进行了对比。模拟结果与实验结果均表明,在相同撞击状态下两种后墙拆分结构的防护性能有所差异,但均优于相同面密度的Whipple结构,且随着撞击速度的提高,这种优势具有增大的趋势。     

缝合复合材料层板低速冲击损伤研究

通过三维动力学有限元法,以空间杆单元模拟缝线的增强作用,建立了缝合复合材料层板在横向低速冲击载荷作用下的渐近损伤分析模型.该模型考虑了缝合层板受低速冲击时的纤维断裂、基体开裂及分层等五种典型损伤形式,采用基于应变描述的Hashin失效准则和Yeh分层失效准则,并将其嵌入ABAQUs/Explicit用户子程序以实现相应损伤类型的判断及其材料性能退化.针对相同铺层的缝合与未缝合层板,模拟了低速冲击作用下的冲击响应和渐进损伤过程,数值结果与试验吻合较好,证明了该方法的合理有效性.同时探讨了冲击速度、缝合密度等对缝合层板冲击响应和损伤的影响.     

油水井水泥环在冲击载荷作用下的损伤分析

冲击整形扩径工艺是修复油水井套管损坏的常用技术,根据冲击整形的施工工艺和波动理论,建立了套损局部位置处水泥环的损伤力学模型,以有限变形理论为基础,采用悬臂梁力学模型,分段研究了冲击整形时钻杆屈曲的平衡位形及对套管、水泥环产生的冲击力. 结合水泥环的应力状态, 根据脆性材料的Mazars损伤模型,建立了水泥环的损伤力学模型. 并分析了水泥环的损伤状态. 通过与现场测试结果对比,理论计算与实测结果误差在2.7%左右.     

复合材料层合板冲击损伤及剩余强度分析方法

应用三维逐渐累积损伤理论和分析技术对层合板的冲击及冲击后含损伤的层合板在拉伸载荷下损伤扩展的全过程进行分析.分析中取消了以往研究者对冲击后层合板损伤状态所做的人为假设,将冲击后层合板的实际损伤状态直接用于剩余拉伸强度研究.通过与已有文献结果比较,验证了方法的正确性.     

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木材声发射信号与其内外部损伤情况存在一定的定量关系. 依据损伤理论和含有裂 纹以及缺陷的木材不同阶段的声发射特征,分别探讨并建立了受交变载荷和单向静载荷情况下以声发 射特征参数表示的木材损伤演变模型. 分析结果与木材的实际情况相一致,表明以声发射特 征参量建立的木材损伤演变模型对木材的损伤预测具有提前性与敏感性,而且木材的不均匀 性是其提前破坏的主要原因之一.     

高能推进剂的撞击损伤状态对其燃烧稳定的影响

以大型落锤为加载手段,对高能ＮＥＰＥ推进剂试样产生损伤。扫描电镜观察,基体材料破坏,而固体颗粒无明显变化。热分析试验表明,损伤对以硝酸酯为主的基体材料的热分解有影响。密闭爆发器试验显示,损伤对燃烧稳定有明显影响。     

超磁致伸缩换能器的磁滞非线性动力学仿真

在超磁致伸缩材料输出端位移假设的基础上,建立了以输出顶杆为研究对象、考虑材料内部磁滞非线性及预压弹簧特性的超磁致伸缩换能器非线性动力学模型; 并将Simulink仿真系统应用到超磁致伸缩换能器系统动力学仿真中. 仿真结果表明: 换能器模型系统为稳定周期运动系统,并具有滞回非线性特性;弹簧非线性项中的平方项是影响换能器模型系统的主要因素. 经验证,数值计算结果与文献给出的试验测试结果吻合较好.     

冻融和疲劳对预应力受弯构件损伤的影响

通过15根预应力及普通混凝土试验梁在经历不同冻融循环次数后的疲劳试验, 探索试验梁 相对动弹模衰减规律, 以相对动弹模为损伤变量, 通过方差分析方法定量分析冻融和疲劳两 种因素对构件损伤的影响. 研究表明试验梁在冻融和疲劳荷载双因素作用下, 初期以冻融损 伤为主, 之后很快发展为以疲劳损伤为主, 疲劳损伤是构件的主要损伤因素. 施加预应力或 提高预应力度对试验梁疲劳损伤有较明显的抑制作用, 将缩短试验梁全寿命中以疲劳损伤为 主的时间.     

圆管及内充压力介质管道撞击损伤与破坏的研究进展

综述了国内外关于内空圆管及充有压力介质的管道经受局部撞击作用时的大变形与破坏的研究现状,从圆管的侧向撞击凹陷及其对管柱承载能力的影响、管壁的撞击穿透、圆管的斜冲击、内充介质及压力对冲击穿透的影响、分析模型等6个方面介绍了一些重要实验结果和处理该类问题的分析方法与力学模型,讨论并提供了一些在工程应用中有重要指导意义的研究结果.由于内充压力介质管道的冲击穿透破坏涉及内充压力介质与管壁在撞击过程中的相互耦合作用,其变形及破坏机理十分复杂,影响因素除了圆管的几何尺寸、支承形式、材料力学特性、弹体形状及冲击速度等,还包括内充介质密度及内充压力大小等诸多方面.本文对这一问题作了详细评述及讨论,指出了目前的研究结果中的不同结论,同时给出了内充压力介质对临界冲击穿透能量的影响趋势的最新研究结果,最后提出了进一步的研究方向以及采用的相应对策.图2参64     

用电阻量测方法研究蠕变状态下的金属损伤

本文建议一种量测蠕变下金属损伤的方法。与其它方法相比,这个方法可用于进行在蠕变试验过程中的损伤测量,而无需使试件卸载或冷却。用此方法对试验数据进行加工就可得到在蠕变过程中的试验损伤曲线。对这些曲线的分析导致结论:材料破坏时的损伤是所加应力的递减函数。这一结论是以前所得理论结果的试验验证。