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防护板尺寸对Whipple防护结构撞击损伤影响的实验研究
哈跃,,庞宝君,张伟
爆炸与冲击 , 2008, DOI: 10.11883/1001-1455(2008)01-0010-07
Abstract: ?通过高速撞击实验,探讨了采用小尺寸防护板的可行性。实验中采用的Whipple结构由尺寸变化的1mm厚防护板(前板)和尺寸固定的3mm厚舱壁板(后板)组成,防护板与舱壁板间隔10cm。防护板为边长分别为8、12、16和20cm的方形2A12铝合金板,舱壁板为边长为20cm的方形5A06铝合金板。实验过程中均采用直径为4mm的铝合金球形弹丸,撞击速度为1.45~1.71km/s。实验结果表明Whipple防护结构在舱壁板被击穿的概率大于0.8的条件下和击穿概率为0的条件下的极限速度以及舱壁板临界击穿条件下的速度都与防护板尺寸无关;并且,防护板前后表面击穿孔的直径及击穿孔侧壁的倾斜角也与防护板尺寸无关;但是,在速度相同的条件下随着板尺寸的增大,防护板板面的最大挠度增大,而且,防护板挠曲面的凸凹方向也由单一的凹向变成凸凹方向交替出现;随着速度的增加和板尺寸的增大,防护板最大挠度的增量减小。
铝合金Whipple防护结构高速撞击实验研究
,庞宝君,哈跃,张伟
爆炸与冲击 , 2005, DOI: 10.11883/1001-1455(2005)05-0461-06
Abstract: ?为了掌握航天器防护结构受空间碎片高速撞击的损伤破坏模式及其防护性能,采用二级轻气炮发射球形弹丸,对铝合金Whipple防护结构进行高速撞击实验研究。根据实验结果分析了铝合金Whipple防护结构的防护屏和舱壁在不同速度区间的损伤模式特征,以及薄铝板防护屏高速撞击穿孔和舱壁弹坑分布随弹丸直径、弹丸撞击速度变化的规律。通过固定弹丸直径,改变弹丸撞击速度,寻找临界撞击速度的方法获得了铝合金Whipple防护结构在0.5~5.5km/s撞击速度区间内的撞击极限曲线,并与由Christiansen撞击极限方程得到的撞击极限曲线进行了比较,结果表明,实验最小临界弹丸直径略大于预测值。
球形弹丸正撞击薄板防护屏碎片云特性研究
张永强,,张伟,庞宝君
爆炸与冲击 , 2007, DOI: 10.11883/1001-1455(2007)06-0546-07
Abstract: ?以质量、动量和能量守恒为基础,结合平面激波理论和热力学理论,对球形铝弹丸正撞击薄板铝防护屏形成的碎片云特性进行了建模,模型计算结果与实验结果吻合较好。利用该模型对多种工况下碎片云特性进行了计算,结果表明(1)碎片云质心速度和膨胀速度随撞击速度和弹丸直径的增加而增大,随防护屏厚度增大而减小;膨胀半角随撞击速度和防护屏厚度的增大而增大,随弹丸直径的增大而减小;(2)速度和膨胀半角变化曲线具有相似性;(3)对于给定的弹丸和防护屏材料,碎片云中受到激波加载部分的材料各相态质量分数只与弹丸撞击速度有关。这些规律与实验规律吻合。
非球弹丸超高速撞击航天器防护结构数值模拟
张伟,马文来,,庞宝君
爆炸与冲击 , 2007, DOI: 10.11883/1001-1455(2007)03-0240-06
Abstract: ?采用AUTODYN软件对非球弹丸超高速正撞击航天器单防护屏防护结构进行了数值模拟,给出了2维及3维模拟的结果。研究了在相同质量和速度的条件下,不同形状弹丸长径比、撞击方向等对超高速撞击防护结构所产生碎片云特性及舱壁损伤尺寸的影响,并与球形弹丸撞击所产生的碎片云及舱壁损伤进行了比较。结果表明弹丸的长径比越大,弹丸的穿孔能力越强;非球弹丸的撞击方向不同,所产生的碎片云形状、质量分布、破碎的程度和穿孔的能力是不同的。
铝球弹丸高速斜撞击铝Whipple防护结构时后板的损伤特性
,哈跃,庞宝君
高压物理学报 , 2012, DOI: 10.11858/gywlxb.2012.01.001
Abstract: 为了研究空间碎片对航天器防护结构的高速斜撞击损伤特性,采用二级轻气炮发射铝球弹丸,对铝Whipple防护结构进行高速斜撞击实验。弹丸直径为3.97mm,撞击速度为1.14~5.35km/s,撞击角度为0°~70°。实验得到了铝Whipple防护结构在不同撞击速度区间的后板损伤模式,分析了后板撞击损伤及弹坑分布特性,建立了预测铝球弹丸高速斜撞击铝Whipple防护结构时后板弹坑分布的经验公式。结果表明:在大角度斜撞击条件下,对于一定的撞击速度,铝Whipple防护结构的后板弹坑分布会出现两个区域;弹丸的撞击破碎临界速度将影响后板损伤随撞击角的变化关系;对于铝Whipple防护结构,存在使后板撞击损伤最严重的临界撞击角。
弹丸形状对超高速撞击厚合金铝靶成坑影响数值模拟
张伟,,贾斌,庞宝君
高压物理学报 , 2008, DOI: 10.11858/gywlxb.2008.04.002
Abstract: 采用AUTODYN软件进行了弹丸形状对超高速正撞击厚合金铝靶成坑过程影响的数值模拟。给出了二维及三维模拟的结果。研究了在相同质量和速度的条件下,不同形状弹丸长径比、撞击方向等对超高速撞击厚合金铝靶所产生弹坑损伤特性尺寸和成坑形状的影响,并与球形弹丸撞击所产生的坑进行了比较。结果表明:弹丸的长径比越大,弹丸的撞击成坑深度越大;非球弹丸的形状和撞击方向不同,成坑的形状和损伤的特征尺寸是不同的。
空间碎片超高速撞击压力容器碎片云特性数值模拟研究
盖芳芳,庞宝君,
高压物理学报 , 2009, DOI: 10.11858/gywlxb.2009.03.010
Abstract: 针对空间碎片超高速撞击充气压力容器问题,应用非线性动力学分析软件AUTODYN-2D,采用SPH方法对碎片云在高压气体中的运动特性进行了数值模拟研究。在建模过程中,分析比较了材料状态方程对数值模拟结果的影响,并通过与实验结果的比较,选取了适合该问题的状态方程,验证了数值模拟方法的有效性。结果表明:由于容器内压气体的存在,碎片云运动发生减速,并且碎片云的轴向扩展速度相对于碎片云的径向扩展速度减速较慢;高速撞击产生的碎片云与容器内的高压气体发生了强烈的相互作用,碎片云尖端产生的钉状物及高压气体中产生的冲击波是控制容器在撞击后发生进一步破坏的两个重要因素。
铝球弹丸高速正撞击铝网防护屏破碎特性的数值模拟研究
,牛瑞涛,庞宝君
高压物理学报 , 2013, DOI: 10.11858/gywlxb.2013.05.003
Abstract: 采用LS-DYNA软件的光滑粒子算法,模拟铝球弹丸高速正撞击铝网防护屏,研究了弹丸撞击铝网防护屏破碎所形成的弹丸碎片云特性与弹丸撞击铝网位置的关系,分析了多层铝网防护屏叠加方式对弹丸撞击破碎的影响。结果表明,铝球弹丸撞击铝网防护屏所产生的碎片云形态随弹丸撞击位置的不同而不同,且弹丸碎片云前端出现触须状碎片簇,存在多处局部能量集中;弹丸撞击网丝交叉点时,弹丸碎片分布较均匀,碎片云主要扩展为薄膜状;多层铝网交错叠加时,弹丸碎片云扩散面积更大,剩余能量较小,有利于提高铝网防护屏的高速撞击防护能力。
铝球弹丸超高速斜撞击薄铝板特性研究
,哈跃,庞宝君
高压物理学报 , 2007, DOI: 10.11858/gywlxb.2007.04.003
Abstract: 利用2017铝合金球形弹丸超高速斜撞击2A12铝合金薄板,模拟空间碎片对航天器防护屏的超高速撞击作用。分析了铝合金薄板超高速斜撞击穿孔特性与弹丸滑弹返溅特性,建立了铝合金球形弹丸超高速斜撞击铝合金薄板的穿孔经验公式。弹丸撞击速度分别为2.58、3.56和4.31km/s,撞击角度为10°~80°。实验结果表明:铝合金薄板超高速斜撞击椭圆穿孔尺寸与撞击速度和撞击角度有关,直径为3.97mm的铝合金球形弹丸超高速斜撞击厚度为1mm的铝合金薄板时,发生滑弹返溅的临界撞击角在30°~40°之间。最大滑弹返溅角随着撞击角的增大而逐渐减小,此时滑弹返溅碎片云的影响范围缩小,但破坏能力增强。弹丸撞击速度对铝合金薄板超高速斜撞击穿孔的椭圆度影响较小。
空间碎片超高速撞击充气压力容器前壁准静态破坏分析
盖芳芳,庞宝君,
高压物理学报 , 2011, DOI: 10.11858/gywlxb.2011.01.008
Abstract: 针对空间碎片超高速撞击充气压力容器前壁发生准静态破坏问题,将其简化为受双向拉应力的圆孔边双裂纹的线弹性断裂问题进行处理;并在数值模拟及理论分析的基础上建立了充气压力容器前壁发生准静态破坏的预报模型,得到了当球形弹丸撞击速度为7.0km/s时、壁厚为1.0mm的Al5754圆柱形压力容器前壁发生准静态破坏的临界应力曲线,计算结果与实验结果比较吻合。计算结果表明:前壁穿孔直径与裂纹直径皆随着弹丸直径的增加而增加;若孔边的单裂纹长度与穿孔半径的比值超过0.5,则可以将穿孔近似为狭长贯穿直裂纹进行处理。分析还得出当容器内压力较大时,具有较小动能的弹丸就可能导致容器在撞击瞬间发生裂纹失稳破坏。
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