航天器微流星体及空间碎片防护结构性能分析

微流星体及空间碎片是航天器的公认威胁，微流星体及空间碎片的高速撞击能导致航天器严重的损伤和灾难性的失效，防护结构设计是航天器设计的一个重要问题，在综合分析国际上已采用和研究航天器微流星体系及空间碎片防护结构防护性能预报方程的基础上，给出了不同防护材料和结构形式防护在超高速撞击下的撞出极限曲线，讨论了防护结构参数变化对防护性能的影响，通过曲线分析得出各防护结构在第一门槛值速度区间的防护性能是比较低的，正撞击损伤更严重，填充防护结构的性能优于其他防护结构。     

含微裂纹三维多向编织复合材料热膨胀系数的细观力学分析

将三维编织复合材料的纤维束和微裂纹分别看作圆柱型和圆币型夹杂,考虑了微裂纹的任意取向和增强纤维束的空间取向,采用等效夹杂法对含微裂纹的三维多向编织复合材料的热膨胀系数进行了细观力学分析,提出了预报含微裂纹三维多向编织复合材料热膨胀系数的方法,由于直接考虑了微裂纹的任意取向和增强纤维的空间取向,这种方法既可应用于一般含微裂纹的三维编织复合材料,也可应用于单向纤维增强复合材料.结合实例分别预报了单向纤维增强复合材料和四向编织复合材料的热膨胀系数,与实验结果吻合较好.     

高速撞击的声发射源定位

当高速运行的空间碎片撞击到在轨运行的航天器时,会对结构产生损伤,如果能够判断撞击的位置及产生损伤的严重程度,就可以及时采取相应的措施保证航天器和航天员的安全。通过利用高速弹丸撞击铝板产生的损伤模拟上述撞击,采用声发射检测技术,对撞击事件的定位进行了探索。在试验过程中,采集弹丸高速撞击铝板产生的撞击信号,并对应力波到达各个声发射传感器的时差进行分析,通过二维矩形平面定位算法,对损伤部位进行了初步定位。试验结果表明,声发射在撞击源定位方面具有适用性。     

超高速撞击加速技术及其应用研究

给出了二级轻气炮、三级轻气炮、静电加速器、等离子体加速器和聚能加速器等现代加速技术的原理,讨论了它们的弹丸质量和速度范围以及在超高速撞击实验中的应用．作为应用的例子给出了超高速撞击条件下航天器空间碎片防护结构以及压力容器损伤特性实验研究的结果．     

玻璃纤维增强铝合金层板低速冲击力学特性及低温影响研究

为研究玻璃纤维增强铝合金层板(FMLs)抗低速冲击力学特性以及受低温处理的影响,采用2A12铝合金板和单向S2-glass/epoxy预浸料制成FMLs,通过落锤低速冲击试验设备对其抗低速冲击力学特性进行研究。并采用较高冲击能量对经过-25℃和0℃低温处理1 h后的FMLs进行冲击试验,与未低温处理结果对比研究低温处理对FMLs冲击力学特性的影响。结果表明:未低温处理的FMLs在低速冲击条件下,正面铝合金铺层主要发生成坑、环向裂纹以及穿孔等损伤,背面铝合金层则发生鼓包、单向裂纹和花瓣开裂等损伤。峰值冲击载荷随着冲击能量的提高而增大,但当冲击能量达到FMLs临界穿透能后峰值冲击载荷基本保持稳定。随着冲击能量的提高,峰值位移逐渐增大,能量回弹系数逐渐减小。另一方面,低温处理可提高FMLs抗冲击性能,但会降低FMLs中铝合金/复合材料铺层界面黏结效果。处理温度越低,FMLs峰值冲击载荷越高,峰值位移越小,FMLs中复合材料和铝合金铺层发生脱胶损伤的面积越大。     

超高速撞击声发射信号在加筋壁板中传播的模态转换现象研究

为应对空间碎片对载人密封舱的撞击威胁,一种基于声发射的在轨感知系统被应用于载人密封舱,通过采集撞击产生的声发射信号,感知撞击事件并定位由此产生的气体泄漏源或潜在泄漏源。载人密封舱舱壁通常由周期性加筋板焊接而成,声发射信号在筋体处会发生复杂的散射现象。针对散射现象中的模态转换现象,采用数值仿真手段,研究了超高速撞击声发射信号所含各模态板波在筋体处的模态转换特性,结果表明:S0、A0、S2阶板波经过筋体后会分别部分转换为A0、S0、A1阶板波;A1阶板波经过筋体后会部分转换为S0阶板波。     

铝双层板结构撞击损伤的板间距效应实验研究

为了研究空间碎片对航天器防护结构的超高速撞击损伤特性,采用二级轻气炮发射球形弹丸,对铝双层板结构进行了超高速撞击实验研究.弹丸直径为3.97 mm,撞击速度分别为(2.58±0.08)km/s、(3.54±0.25)km/s和(4.35±0.11)km/s,板间距为10~100 mm.实验得到了铝双层板结构在不同撞击速度区间的后板损伤模式.结果表明,弹丸撞击速度一定时,后板弹坑分布随前后板间距的不同而不同.前板背面返溅影响区和后板弹坑分布区随板间距的增大而增大,各弹坑分布区扩散角随板间距的增大而减小.     

5A06铝合金单层板超高速撞击弹道极限分析

日益增长的空间碎片对在轨航天器的安全运行构成了严重威胁,毫米级空间碎片的防护已成为航天器结构设计必须考虑的问题之一.航天器的蒙皮是抵御空间碎片超高速撞击的最基本防护结构.采用数值仿真并结合试验验证的方法,对5 mm厚5A06铝合金单层板承受2A12铝合金球形弹丸正撞击下的弹道极限进行了研究.研究表明,在验证实验速度范围内,数值仿真结果与实验结果吻合良好;使用数值仿真对实验速度以上的区间进行拓展研究,获得了其弹道极限曲线和弹道极限方程;数值仿真和实验结果与已有经验方程对比表明,经验方程与具体材料的弹道极限有较大偏差,因此,应具体问题具体分析.     

高温后活性粉末混凝土SHPB试验研究

利用分离式Hopkinson压杆(SHPB)系统,采用铅片作为整形器,分别对常温下及400,600,800℃高温过火后的活性粉末混凝土(RPC)试样进行单轴冲击压缩试验,研究应变率及温度对RPC材料动态力学性能及变形破坏特性的影响规律.结果表明:常温下及高温过火后,RPC材料的动态抗压强度、破碎程度及吸收能量均具有明显的应变率效应,而峰值应变、初始弹性模量及能量吸收率的应变率相关性较弱,且温度对应变率效应没有明显影响;高温过火后,不同应变率下RPC材料的动态抗压强度、初始弹性模量及能量吸收率均有所降低,而峰值应变增大.     

弹丸超高速撞击半无限厚铝板数值模拟

微流星体及空间碎片的超高速撞击威胁着长寿命、大尺寸航天器的安全运行,导致其严重的损伤和灾难性的失效.撞击损伤特性研究是航天器防护设计的一个重要问题.本文采用AUTODYN软件的Lagrange法对半无限铝板的超高速斜撞击和与其具有相同法向速度的正撞击进行了模拟,给出了不同撞击角和不同法向速度下半无限厚铝板弹坑深度、宽度、长度的变化规律及多弹坑的形成过程,并与经验方程进行了比较分析.结果发现:随撞击角的增加,弹坑的深度和宽度减小,而弹坑的长度增加;随撞击速度的增加弹坑的直径和深度增加;在撞击角大于70度时出现多弹坑.