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非球形弹丸与球形弹丸超高速碰撞差异比较研究

徐峰  
【摘要】:随着航天事业的快速发展,空间碎片日益增多,严重威胁着人类的航天活动。空间碎片多种多样,基于球形弹丸的空间防护设计是不可靠的。因此,必须研究哑铃型、瓦片型、四面体型、八面体型等弹丸超高速撞击防护板的损伤和破坏规律,分析非球形弹丸和球形弹丸超高速撞击防护板后在特征长度、特征速度、特征质量、前板损失特征、后板损伤特征方面的差距,为空间防护结构设计提供依据和参考。本文主要内容如下: 首先,介绍了碎片云形成的物理过程,描述了碎片云的结构和形态,总结了前人研究的前板的穿孔规律。对SPH(光滑粒子流体动力学方法)算法的基本原理进行了介绍,对流体力学控制方程组进行离散。确定了用来模拟超高速碰撞的材料模型为John-cook模型,状态方程为Mie-Gruneisen状态方程,并对其参数的有效性进行验证,结果表明,仿真结果与实验结果在误差允许的范围内吻合得很好。之后介绍了程序编制弹丸模型的方法,确定了数值模拟方案。 其次,分析了非球形弹丸和球形弹丸超高速正撞击防护板的特性,详细讨论了碎片云特征长度、特征速度、特征质量、前板损失特征、后板损伤特征随前板厚度、碰撞速度、板间距的变化规律,并拟合得到了相关的经验公式。确定了非球形弹丸在碎片云特征长度、特征速度、特征质量、前板损失特征、后板损伤特征与球形弹丸之间的差距。 最后,分析了非球形弹丸和球形弹丸超高速斜撞击防护板特性,详细讨论了碎片云特征长度、特征速度、前板损伤特征、后板损伤特征随碰撞角度的变化规律。确定了非球形弹丸在碎片云特征长度、特征速度、前板损伤特征、后板损伤特征与球形弹丸之间的差距。


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