超高速碰撞产生的碎片云研究进展

弹丸超高速撞击薄板后破碎形成碎片云,被应用于空间碎片防护设计。针对薄板超高速正撞击情况下产生的碎片云进行分析,梳理了主要研究进展及不足,按碎片云形成过程、碎片云分布特性、碎片云模型和碎片云侵彻性能4个部分进行了阐述。综合评述了近30年碎片云研究的进展,提出了未来研究发展趋势和若干建议,以供相关领域研究者参考。     

图像处理技术在碎片云参数测量中的应用

文中主要通过图像处理的方法对高速碰撞产生的碎片云的形成和发展过程进行研究。主要介绍了利用高能脉冲X射线成像技术获取高速碰撞过程中不同时刻的碎片云图像、碎片云主要参数的图像测量方法、碎片云图像的处理过程以及处理的结果。得到了碎片云的发展形态、扩散速度和喷射角度等运动参数;利用图像处理技术实现了碎片云的两个关键参数的测量,得到了碎片云的速度和喷射角随时间变化的曲线。     

冰粒超高速撞击蜂窝夹层板二次碎片云分布特性分析

为了获得冰粒超高速撞击蜂窝夹芯结构后二次碎片云的轴向分布特性,运用AUTODYN软件进行超高速撞击数值模拟,分析弹丸直径和初速对二次碎片云速度、质量、动能的影响规律。结果表明:二次碎片云的轴向尺寸和径向尺寸与撞击初速和冰粒直径呈线性关系,基于量纲分析得到了碎片云长度和直径的经验计算公式; 碎片云的速度随轴向位置近似线性增加,但冰粒直径对二次碎片云轴向速度分布的影响更显著; 初速低于6 km/s时,大质量碎片分布在碎片云头部区域,初速高于6 km/s时,大质量碎片分布在碎片云中部位置,撞击初速恒定时,较大质量碎片分布在碎片云头部位置,且分布规律受冰粒直径的影响较小; 碎片云动能与质量具有相似的轴向分布规律。     

空间碎片在轨碰撞数值模拟

采用AUTODYN-2D无网格SPH数值技术，对碰撞速度10km／s下的球形及柱状空间碎片在轨碰撞超高速作用行为进行数值模拟，给出了不同节点处的速度变化规律．数值模拟结果表明。空间两物体碰撞后所形成碎片云主要分布在原碰撞物体运行轨道周围，运动方向与原来碰撞物体的速度方向相同；发生碰撞的空间物体形状强烈影响碰撞后碎片云的分布及速度；球形碎片碰撞柱状碎片形成的碎片云速度最大；柱状碎片相撞后碎片云呈椭球形分布．     

爆炸作用下玻璃碎片云轮廓扩展数据拟合研究

碎片云速度场是评估玻璃爆炸飞溅二次伤害的一个重要物理量,碎片云轮廓对于获取其速度场很重要;运用photoshop、matlab等软件对拍摄的爆炸作用下框支玻璃高速摄影图片中的碎片云轮廓进行数据提取和碎片云扩展拟合;采用二值化和扫描的方法对轮廓数据进行提取和唯一化处理,选用S曲线对廓数据进行拟合,采用依次固定参数的方法,得到碎片云轮廓随时间变化的计算公式,该公式与原始数据的相关系数在0．9以上。     

超高速撞击碎片云特性分析

空间碎片和微流星对于空间飞行器的超高速撞击会产生碎片云,文中用数值仿真的方法对给定速度下的碎片云的长径比的演化过程,长径比与撞击条件的关系,碎片云中碎片粒子的速度分布与弹靶条件的关系等问题进行了分析,并且根据仿真计算的结果总结了相应的规律.     

碎片云侵蚀效应模化分析

用量纲理论对碎片云破坏效应进行了分析。超高速碰撞产生的碎片云,其粒子的速度、大 影响破坏效应的主要因素。用数值计算和量纲分析方法得到了考虑熔化沓侵蚀坑深模型律。计算结果还表明粒子的温度对碎片云的粒子开坑影响很小。     

温度和相变效应对超高速碰撞数值模拟中碎片云质量特性的影响

为研究温度的升高和相变的出现对材料在超高速碰撞中行为的影响,采用考虑温度和相变效应的GRAY三相物态方程与未考虑相关效应的Tillotson物态方程,对超高速碰撞碎片云的质量特性进行数值模拟对比研究。结果表明:当碰撞速度在5 km/s以下时,由两种物态方程给出的碎片云质量数据基本一致,但当碰撞速度在7 km/s及以上时,两种物态方程给出碎片云质量数据有较大差别;而在碰撞速度为7、8 km/s,两种物态方程给出的前向碎片云质量随方位角α的分布有明显区别。这说明在较高速度的碰撞中,温度和相变的相关效应对碎片云运动及其后续破坏能力有较大影响。     

薄板超高速撞击特性数值仿真研究

文中利用数值仿真方法研究薄板超高速碰撞问题,主要分析了铝球对薄铝板（0．11〈t／d≤0．70）在3-6km／s的正向撞击速度下产生的碎片云规律。给出了穿孔直径,发散角度和碎片云特性与撞击速度和弹靶条件的关系,建立了描述这些特征量的公式．为碎片云的建模提供了快速有效的途径。     

蜂窝夹层板超高速撞击SPH仿真初探

提出了对蜂窝芯层进行SPH离散化的平移阵列法,可形成蜂窝芯层的SPH几何模型数据.采用LS-DYNA软件的SPH功能,对蜂窝夹层板超高速撞击过程进行了仿真研究.仿真结果显示,蜂窝芯层限制了碎片云的径向飞散,改变了碎片云的形态.