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。     

撞击物形状和速度对高速撞击结果的影响

高速攻击部件和防护结构的设计都必须考虑撞击物的形状、速度和撞击方向等因素对高速碰撞结果的影响,而进行大量的试验研究较为困难,可以通过数值仿真方法为规律性研究提供必要的依据。基于LS-DYNA软件利用光滑质点动力学方法对球形弹丸高速撞击靶板进行了数值仿真,仿真结果与试验结果基本一致。在此基础上研究了撞击物的形状、撞击速度的大小和方向对高速碰撞结果的影响规律。不同形状的撞击物高速撞击靶板形成的碎片云、弹孔形状和大小均有较大差异,碎片云的颗粒大小、分散程度、弹孔的尺寸和形状随撞击速度和撞击方向的改变而改变。     

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。     

太空太阳能电池阵超高速碰撞毁伤特性的数值研究

太空太阳能电池阵服役期间易遭受空间碎片的撞击,在3~5 km/s的速度范围内进行了太空太阳能电池阵超高速碰撞毁伤特性的数值研究与实验验证.得到了不同时刻的应力云图及碰撞速度与穿孔尺寸的关系曲线.研究表明:碰撞位置产生椭圆形穿孔,碰撞在中心位置时,穿孔尺寸在长轴和短轴方向均随速度的增加而增大,最后趋于定值;玻璃盖片出现放射性裂纹.数值模拟与实验结果基本吻合.     

超高速破片对防护靶作用效应研究

文中是在定性分析超高速碰撞产生的碎片云规律的前提下,在Swift模型的基础上作了一定的合理假设,研究了超高速破片对双层靶的作用效应,利用能量守恒原理得到了超高速破片碰撞空间双层结构形成的碎片尺寸、质量分布、碎片数量和碎片运动规律,最后求出碎片云特征破坏参数。     

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.     

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。     

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。     

镁、铝合金板在超高速撞击下响应特征对比研究

为研究镁合金在超高速撞击条件下的响应特征,采用SPH(光滑粒子流体动力学)方法对球形弹丸超高速碰撞镁合金靶板进行数值模拟,并与铝合金进行对比。结果表明:钢球高速撞击靶板后,镁合金产生的孔径略大于铝合金,均高达3倍钢球直径;镁合金碎片云的膨胀距离和铝合金的相差不大,但镁合金碎片云前端粒子的动能明显低于铝合金的,能起到较好的前级防护作用。从而说明镁合金板在航空航天飞行器上具有较好的应用前景。     

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。     

超高速撞击波阻抗梯度材料形成的碎片云相变特性

在超高速碰撞下,波阻抗梯度材料能使弹丸的动能更多地转变为靶板材料内能,使其发生熔化、气化等相变,分散和消耗弹丸的动能,进而实现航天器对空间碎片的防护.以钛、铝、镁3种材料组成的波阻抗梯度材料为研究对象,借助于光滑粒子流体动力学数值模拟方法,采用Til-loston状态方程和Steinberg-Guinan本构模型,给出...     

中低密度材料飞片超高速撞击铝防护结构实验研究

空间碎片相对于在轨航天器具有10 km/ s 左右的平均撞击速度,且处于低轨道90% 数量的空间碎片密度属于中低密度材料,针对空间碎片撞击速度及材料密度的特点,采用电炮、磁驱动超高速飞片发射技术,开展了14 km/ s 速度低密度材料( Mylar) 和近9 km/ s 速度中密度材料(2A12 铝)超高速撞击单/ 双层铝防护结构的实验研究,得到了低密度材料飞片对2A12 铝单/ 双层防护结构撞击损伤实验结果,以及中密度材料飞片超高速撞击形成碎片云对舱壁的损伤结果。结果分析表明:14 km/ s 速度的低密度材料飞片撞击2A12 铝材料形成的碎片云中无熔化成分,而近9 km/ s速度的中密度材料飞片撞击形成的碎片云以液态、甚至是气态为主;与单层防护结构相比,双层防护结构对14 km/ s 的低密度材料飞片有着更好的防护效果。     

基于拉格朗日法的高速撞击自由圆柱壳穿孔效应数值模拟

针对高速撞击结构的局部化毁伤特性,利用LS-DYNA动力学程序,基于Lagrange法对弹丸高速撞击自由圆柱壳进行了数值模拟。分析自由放置圆筒在高速撞击下的穿孔效应和能量消耗、再分配关系。结果表明：随着撞击速度的增加,弹丸穿孔直径也呈线性增加;撞击速度在2.0~3.0 km/s范围内,其扩孔比为1.45~1.65,模拟结果与试验吻合较好。穿孔能量消耗随撞击速度提高而呈线性增加,其所占总能量的比例为16%~17%。自由圆柱壳变形内能随撞击速度增加而降低,更多的能量用于形成碎片云和增加碎片云的动能。     

三种破片对带壳炸药冲击起爆能力的数值分析

基于球形、平头圆柱和立方块破片撞击带钢壳炸药的模型,采用数值模拟方法,研究了带壳炸药受破片冲击起爆的基本规律,给出了带壳炸药冲击起爆的阈值速度.结果表明,除了破片几何尺寸和质量外,破片着靶姿态对冲击起爆阈值速度也有明显影响,尤其是立方块破片.     

爆炸成型弹丸垂直侵彻装甲钢靶后破片动能分析

为获得具有较大动能的靶后破片来源以及轴向位置,开展了爆炸成型弹丸（EFP）垂直侵彻装甲钢的试验和仿真研究。借助经过试验验证的仿真方法,分析不同靶板厚度(30~70 mm)、不同EFP着靶速度(1 650~1 860 m/s)下,某典型EFP垂直侵彻装甲钢板后靶板和EFP产生的靶后破片速度、质量沿轴向的分布规律。结果表明：靶板和EFP产生的靶后破片速度随轴向位置近似呈线性增加,当靶板厚度或EFP着靶速度二者之一固定时其斜率固定,并且破片来源(由靶板或EFP产生)对包络线截距的影响也很小;靶板产生的大质量(>10 g) 破片均分布在破片云中间或者靠近靶板的位置,EFP产生的大质量(>10 g)破片均分布在远离靶板的位置;具有较大动能的靶后破片主要由EFP产生,并位于远离靶板的位置。     

圆柱形带壳推进剂装药枪击响应特性

为研究某圆柱形带壳推进剂装药的枪击响应特性,设计了一种12.7 mm子弹撞击试验。利用高速摄影机记录带壳装药在子弹撞击下的响应过程,并测试不同距离、方位处的空气超压及壳体破片速度,同时进行带壳装药在理想爆轰条件下的数值计算,得到了带壳装药的能量释放率。一共开展了四次圆柱形带壳装药的枪击试验,前三次装药发生了爆燃反应,第四次几乎无反应。结果表明:子弹撞击位置对圆柱形带壳装药的反应和能量释放率有较大影响,当子弹垂直入射带壳装药轴线后,推进剂发生点火、冒烟、熄火和低压燃烧的时序响应,其相对能量释放率为1.146%;而当子弹撞击位置偏离轴线一定距离时,推进剂几乎无反应,其相对能量释放率仅为0.473%;推进剂的反应对壳体破片有加速效应,带壳装药发生爆燃反应时的破片速度可达428.6 m·s~(-1),而几乎无反应时的最高破片速度仅有70.1 m·s~(-1)。     

铝球超高速撞击防护屏的数值模拟研究

应用光滑粒子流体动力学(SPH)方法对铝球弹丸正撞击防护屏进行了数值模拟研究,将计算结果同相应的实验结果进行了比较,二者符合得很好.说明SPH方法能够较好地处理超高速撞击问题,同时也验证了数值模拟方法的正确性及有效性.在此基础上分析了撞击速度、防护屏厚度、铝球直径、材料强度模型等因素对防护屏穿孔直径和碎片云长径比的影响规律,并以防护屏穿孔直径和碎片云长径比为指标,应用正交设计方法分析研究了撞击速度、防护屏厚度、铝球直径3因素对指标的影响主次关系.研究表明:铝球直径是影响防护屏穿孔直径的主要因素,防护屏厚度是影响碎片云长径比的主要因素.