高速撞击下防护结构的损伤分析及评估方法研究

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1、硕士学位论文高速撞击下防护结构的损伤分析及评估方法研究THEDAMAGEINVESTIGATIONANDEVALUATIONMETHODRESEARCHOFHYPERVELOCITYIMPACTONSHIELDSTRUCTURE戴训洋哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：V423.42;O347学校代码：10213国际图书分类号：531密级：公开工学硕士学位论文高速撞击下防护结构的损伤分析及评估方法研究硕士研究生：戴训洋导师：庞宝君教授申请学位：工学硕士学科：航空宇航科学与技术所在单位：航天学院答辩日期：2015年6

2、月授予学位单位：哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学工学硕士学位论文ClassifiedIndex:V423.42;O347U.D.C:531DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTHEDAMAGEINVESTIGATIONANDEVALUATIONMETHODRESEARCHOFHYPERVELOCITYIMPACTONSHIELDSTRUCTURECandidate：DaiXunyangSupervisor：Prof.PangBaojunAcademicDegreeApplied

3、for：MasterofEngineeringSpeciality：AeronauticalandAstronauticalScienceandTechnologyAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着空间环境的日益恶化，航天器在轨运行安全受到严重威胁，空间碎片的不断增长导致航天器被撞击概率增大，提升航

4、天器自身防护能力变得十分重要。对于航天器防护结构而言，表征防护能力的标准主要采用弹道极限方程，目前防护结构的弹道极限研究大多采用实验方法，根据实验数据拟合得到弹道极限方程。由于实验方法需进行大量实验，且不能较好解释高速撞击的深层次物理过程，本文从能量角度提出一个评估防护结构性能的方法，针对以铝合金为代表的金属材料及以玄武岩纤维布为代表的编织材料，研究了各自作为防护前屏时的吸能特性，并根据单层板的能量损伤判别建立了双层结构以及多层结构的评估方法。首先，针对单层板的现有研究结论，提出了单层靶板高速撞击临界失效动能这一概念，认为

5、单层板的临界破坏由入射弹丸的初始动能决定，并通过实验测得一个直径下的弹丸临界失效动能。为验证不同直径弹丸撞击同一单层靶板临界失效动能的一致性，本文采用不同直径弹丸进行了高速撞击验证实验，并得到了满意结果。其次，本文研究了铝合金板及玄武岩纤维布在弹丸撞击过程中的耗能特性，用于研究铝合金的方法可以推广到金属材料，用于研究玄武岩纤维布的方法可以推广到编织材料。基于能量耗散的研究表明：弹道段高速撞击下，铝合金防护屏对弹丸能量的消耗主要由铝屏剥离部分质量引起，玄武岩纤维布对弹丸能量的消耗主要由穿透过程的做功引起。在破碎段内，基于本文

6、提出的临界失效动能判别方法，证明了铝双层板结构破碎段弹道极限曲线近似为直线。最后，针对以铝板及玄武岩纤维布组成的两种不同形式的组合防护结构，依据本文提出的临界失效动能判别方法，给出了上述两种结构高速撞击防护性能的评价，并在弹道区间内进行了实验验证，实验结果与理论预测表现一致。本文基于单层靶板临界失效动能判别方法，并通过研究不同防护屏的能量吸收特性，可以由单层板向双层及多层结构过渡，可为航天器防护结构设计提供新的思路。关键词：空间碎片；防护结构；临界失效动能；弹道极限；评估方法I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文Abstract

7、Asthedeteriorationofthespaceenvironment,thespacecraftssufferapotentialmenaceforitsorbitoperationsecurity.Theincreasingspacedebrismakesiteasytoimpactwiththespacecraft,so,itisimportanttoenhancetheprotectionabilityofthespacecraftshieldstructure.Fortheshieldstructures

8、,thestandardtojudgetheprotectionabilityismainlyusestheballisticlimitation,forthepresentresearch,ittakestheexperimentalmeanstogettheresultsandacquiretheb