一种改进的特征匹配算法在碎片云测量建模中的应用

为满足超高速撞击典型Whipple防护构型的损伤评估需求,利用图像处理技术对碎片云序列阴影图像进行深入研究。使用超高速序列激光阴影成像仪得到三组不同实验条件下碎片云发展过程的高清阴影图像,分别对每组最具代表性的2帧进行图像处理分析;根据碎片云图像特点以及碎片运动特性,提出了一种改进的碎片二次特征匹配算法,该方法包含碎片粗定位、特征定义及初匹配和精确匹配三步策略;通过运用改进的匹配算法,对选取的相邻两帧图片完成碎片高效匹配,并提取匹配碎片的运动参数,进而分析碎片的速度分布和飞行角度分布,获取二次碎片云相关运动特性;得到三组实验各自的轨迹模拟图。根据得到的轨迹分析结果分别对三组实验的后板损伤进行估计,并通过与防护构型的实际损伤结果进行比较,验证了该方法的有效性。     

绝热温度对超重力场燃烧合成TiC-TiB2组织及性能的影响

通过在(Ti+B4C)体系中引入相应含量的(CrO3+Al)高能铝热剂,采用超重力场燃烧合成,在不同绝热温度下制备出具有不同含量Cr基合金相的TiC-TiB2复合陶瓷。XRD、FESEM和EDS分析表明,TiC-TiB2复合陶瓷主要由TiB2片晶与不规则的TiC晶粒组成,少量的Al2O3夹杂颗粒孤立地分布于陶瓷基体上,而Cr基合金相则分布于TiB2片晶与不规则TiC晶粒周围。增加燃烧合成绝热温度,因增加了陶瓷熔体中的Cr基合金相含量,不仅促进陶瓷致密化,而且促使陶瓷凝固组织细化,使得TiB2片晶诱发的裂纹偏转、裂纹桥接、片晶拔出及Cr基合金相所引起的延性相增韧随之增强,进而使陶瓷断裂韧度与抗弯强度增大。     

高能铝热剂对超重力场反应加工TiB2基凝固陶瓷耦合控制研究

通过在(Ti+B4C)体系中引入不同含量的(CrO3+Al)高能铝热剂,采用超重力场反应加工技术,在不同反应绝热温度下制备出含有不同质量分数Cr基合金相的TiC-TiB2凝固陶瓷。用XRD、FESEM和EDS对样品进行分析。结果表明,TiC-TiB2凝固陶瓷由大量细小的TiB2片晶、不规则TiC晶粒及分布于TiB2和TiC之间的Cr基合金相与少量孤立分布的Al2O3夹杂组成。通过增加高能铝热剂添加量,提高反应熔体绝热温度与增加金属液相的耦合效应,不仅能有效降低Al2O3夹杂物含量、促进陶瓷致密化,而且更有利于TiB2基体相片晶的超细晶(平均厚度小于1μm)生成,进而使陶瓷相对密度、抗弯强度与断裂韧性均显著提升。     

TiB2基陶瓷复合材料超高速撞击损伤行为研究

为了提高航天器对空间碎片的防护能力,设计了以TiB_2基陶瓷复合材料为缓冲屏的Whipple式防护构型(单层TiB_2基陶瓷缓冲屏以及TiB_2基陶瓷/铝合金缓冲屏),利用二级轻气炮在2.88~7.32 km/s的撞击速度范围内开展超高速撞击实验,并对上述缓冲屏与典型全铝合金缓冲屏进行比较验证。通过分析不同撞击速度下缓冲屏的穿孔、后墙损伤、碎片云结构特征,并结合SEM微观损伤形貌和EDS元素分布模式,重点阐述了不同缓冲屏材料特性与结构特性对碎片云形成以及后墙撞击成坑之间的作用关系。研究表明,单层TiB_2基陶瓷复合材料缓冲屏可以有效破碎铝合金弹丸获得更加细小的碎片云颗粒,由于碎片云动能被有效分散到更为广泛的细小碎片颗粒当中,从而获得比等面密度典型全铝缓冲屏更为优异的防护性能,且防护性能随着撞击速度的增加而有所提高。相反的,TiB_2基陶瓷/铝合金缓冲屏由于异质材料之间波阻抗的明显差异,在超高速撞击下会导致陶瓷前面板的严重断裂并造成铝合金后板的花瓣状破坏,且损伤程度随着撞击速度和弹丸尺寸的增加而增加,由于不能有效细化碎片云颗粒,其防护效能反而低于等面密度典型全铝缓冲屏。     

超重力场燃烧合成TiCTiB2凝固陶瓷组织与性能

通过调整反应体系中Ti、 C及B之间的原子摩尔比, 采用超重力下燃烧合成工艺, 制备出TiB₂系列摩尔分数的TiC-TiB₂复合陶瓷。利用场发射扫描电镜(FESEM)观察了复合陶瓷微观组织, 研究了TiB₂成分对复合陶瓷力学性能的影响。结果表明: 随着TiB₂摩尔含量增加, 陶瓷基体逐渐从TiC球晶组织转化为TiB₂片晶组织, 在TiB₂摩尔分数为50%时, 可获得细晶乃至超细晶TiC-TiB₂复合陶瓷, 而且残留于基体上的α-Al₂O₃夹杂量也最低。陶瓷相对密度、 Vickers硬度与弯曲强度均在50%TiB₂(摩尔分数, 下同)时呈现最大值, 而陶瓷断裂韧性则在66.7% TiB₂时出现最高值。陶瓷断裂模式为TiC穿晶断裂与TiB₂沿晶断裂的混合模式, 且随TiB₂摩尔分数增加至66.7%, TiC穿晶断裂倾向显著减弱而TiB₂沿晶断裂倾向明显增强。TiC-TiB₂细晶及超细晶凝固组织的获得使TiC-50%TiB₂复合陶瓷在小尺寸TiB₂片晶诱发的裂纹偏转、 裂纹桥接及片晶拔出增韧机制作用下, 具有最高的弯曲强度及较高的断裂韧性。     

超重力下燃烧合成TiC(Ti,W)C1-x基细晶复合陶瓷研究

采用超重力下自挤压辅助燃烧合成技术,以快速凝固方式制备出TiC-(Ti,W)C1-x基细晶复合陶瓷.XRD、FESEM与EDS结果表明,TiC基复合陶瓷基体主要由球状的TiC细晶构成,同时在TiC-(Ti,W)C1-x基体问还分布着少量的TiB2片晶、(Cr,W,Ti)3B2及Al2O5残余夹杂物.由于超重力的引入,促...     

基于SHPB试验的B4C/Al复合材料动态力学性能研究[*]

B4C/Al是一种新型金属复合陶瓷材料,相比于传统陶瓷材料,B4C/Al 复合材料具有低密度、高硬度、高韧性、低成本等优点,常被应用于装甲防护领域。为研究B4C/Al复合材料在动态加载下的力学性能,论文通过分离式霍普金森压杆（SHPB）实验和电镜扫描（SEM）等技术,获得了材料在不同冲击速度下的典型波形图、应力应变曲线,以及微观环境下的断口形貌;研究了不同应变率下材料的应力应变曲线特征和破坏模式,同时讨论了Al含量对材料的动态压缩强度的影响规律。研究结果可为B4C/Al复合材料的设计和应用提供参考。     

TiC-TiB2细晶陶瓷装甲抗钨合金长杆动能弹侵彻试验

通过超重力下燃烧合成工艺制备出不同厚度的TiC-TiB2细晶复合陶瓷,并对TiC-TiB2陶瓷靶板进行径向与纵向约束.经钨合金长杆动能弹进行弹道测试表明,当陶瓷靶板厚度小于12 mm时,长杆弹侵彻过程仅包括初始撞击阶段和稳态侵彻阶段,使得陶瓷抗动能弹侵彻能力较差;当陶瓷靶板厚度大于12 mm时,弹丸的侵彻过程主要受稳态侵彻与非稳态侵彻(弹丸减速与磨损加速)控制,使得长杆动能弹质量与动能急剧衰减,进而提升陶瓷靶板的抗侵彻能力.     

陶瓷材料磨削裂纹扩展行为研究

探讨了陶瓷磨削裂纹源的来源、形成及扩展过程.同时,运用陶瓷微观结构的有关知识结合压痕断裂力学,分析了Al2O3-ZrO2(4Y)和TiC-TiB2陶瓷磨削裂纹的特征.磨削实验发现:由于在陶瓷中存在弱界面,裂纹易在此处形成,并发生偏转、分支和桥联等形式,使得材料中裂纹的扩展呈现不连续性.     

B4C-Al基复合材料对空间碎片超高速撞击的防护应用研究

为了提高航天器在应对空间碎片超高速撞击时的防护能力,采用无压预烧和真空渗铝工艺制备了B4C-Al基复合材料,并制作了B4C-Al缓冲屏的Whipple式空间碎片防护构型,利用超高速弹道靶在3~6.5 km/s的撞击速度范围内对B4C-Al缓冲屏和典型铝合金缓冲屏开展超高速撞击试验。通过比较不同撞击速度下的缓冲屏穿孔特征、后墙损伤特征、碎片云结构等,结合SEM微观损伤形貌和EDS元素分布模式分析,重点阐述了不同缓冲屏材料特性对超高速撞击碎片云形成以及后墙撞击损伤之间的作用关系。研究表明,B4C-Al缓冲屏可以更为有效地破碎超高速撞击弹丸甚至使弹丸碎片熔化,同时基体中的金属增韧相又能保证缓冲屏整体结构不发生破坏。碎片云颗粒细化以及碎片云前端动能集中效应的缓解是B4C-Al缓冲屏获得更佳防护性能的直接原因,研究结果为B4C-Al基复合材料对空间碎片超高速撞击的防护应用提供了一定的理论和技术支撑。