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装备环境工程 2024年第7期21卷 112-123页

作者：李鑫冰赵翼飞吴彼沈阳化工大学机械与动力工程学院沈阳110142

目的通过数值模拟研究不同形状弹丸在超高速垂直撞击下对蜂窝夹芯板的能量传递和损伤机制。方法采用固定FEM-SPH耦合方法,并将数值模拟结果与NASA的试验数据进行对比验证。经验证的模型被用于比较圆锥形、立方体和球形弹丸对蜂窝夹芯板... 详细信息

目的通过数值模拟研究不同形状弹丸在超高速垂直撞击下对蜂窝夹芯板的能量传递和损伤机制。方法采用固定FEM-SPH耦合方法,并将数值模拟结果与NASA的试验数据进行对比验证。经验证的模型被用于比较圆锥形、立方体和球形弹丸对蜂窝夹芯板能量吸收效率及损伤分布的影响。结果随着撞击速度的增加,前后面板的损伤面积以及蜂窝核心层的能量吸收和损伤面积均有所增加。D/H值的增加会降低前后面板的能量吸收效率,而提高蜂窝核心层的吸收效率。撞击位置的变化直接影响弹丸碎片在蜂窝核心内的分布,从而改变碎片云的膨胀区域和后面板的损伤形态。结论弹丸形状、撞击位置和速度等因素对蜂窝夹芯板损伤特征、能量吸收效率和损伤分布具有显著影响。

关键词： AUTODYN 蜂窝夹芯板 FEM-SPH耦合超高速撞击弹丸形状效应数值模拟

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弹丸形状效应数值仿真研究

弹丸形状效应数值仿真研究

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中国数学力学物理学高新技术交叉研究学会第十三届学术年会

作者：徐坤博龚自正侯明强代福郑建东北京卫星环境工程研究所

本文使用AUTODYN 3-D/2-D仿真软件,基于碎片特征长度对球形、立方体、方形薄片、圆柱、圆盘以及圆锥形共6种弹丸超高速撞击航天器防护结构的形状效应进行仿真研究,从形状、质量、速度与能量分布等方面深入分析碎片云特性,并对2D仿真弹... 详细信息

本文使用AUTODYN 3-D/2-D仿真软件,基于碎片特征长度对球形、立方体、方形薄片、圆柱、圆盘以及圆锥形共6种弹丸超高速撞击航天器防护结构的形状效应进行仿真研究,从形状、质量、速度与能量分布等方面深入分析碎片云特性,并对2D仿真弹丸的后墙毁伤形貌进行了阐述。结果表明:不同形状弹丸撞击缓冲屏所产生的碎片云有明显差异,立方体与方形薄片角撞击的弹丸毁伤能力最大,而球形弹丸最小。因此,基于球形弹丸获得的弹道极限方程对航天器遭受空间碎片撞击风险所进行的评估是非保守的（低估了撞击风险）。

关键词：空间碎片超高速撞击弹丸形状效应碎片云数值仿真

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超高速撞击中的弹丸形状效应数值模拟研究

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航天器环境工程 2010年第5期27卷 570-575,537-538页

作者：徐坤博龚自正侯明强代福郑建东北京卫星环境工程研究所北京100094 北京空间飞行器总体设计部北京100094

文章用AUTODYN仿真软件对球形、圆锥形、圆柱形和盘形4种不同形状弹丸超高速撞击Whipple防护结构所产生的碎片云形貌特征及对后墙的毁伤程度进行了数值仿真研究。对比分析结果指出:质量与速度相等的4种不同形状弹丸撞击缓冲屏所产生的... 详细信息

文章用AUTODYN仿真软件对球形、圆锥形、圆柱形和盘形4种不同形状弹丸超高速撞击Whipple防护结构所产生的碎片云形貌特征及对后墙的毁伤程度进行了数值仿真研究。对比分析结果指出:质量与速度相等的4种不同形状弹丸撞击缓冲屏所产生的碎片云有明显差异;弹丸长径比越小,穿过缓冲屏后的破碎程度越大;在5km/s撞击速度下,球形弹丸对后墙的毁伤程度最小,而圆柱形弹丸的毁伤程度最大。这说明弹丸的形状对超高速撞击结果有显著影响,在航天器超高速撞击风险评估和防护工程设计中应充分考虑弹丸的形状效应。球形弹丸的弹道极限曲线在防护结构的碎片防护能力评价时存在高估的问题,在实际工作中要特别注意这一点。

关键词：空间碎片超高速撞击弹丸形状效应数值仿真

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基于特征长度的非球形弹丸超高速撞击碎片云特性研究

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高压物理学报 2012年第1期26卷 7-17页

作者：徐坤博龚自正侯明强郑建东杨继运北京卫星环境工程研究所可靠性与环境工程技术国防科技重点实验室北京100094

根据ORDEM2000模型和卫星标准解体模型(SBM),确定空间中真实空间碎片的典型形状和撞击姿态。利用AUTODYN仿真软件,基于碎片特征长度,对立方体、方形薄片超高速撞击产生的碎片云进行三维数值模拟,从形状、质量分布、速度分布与能量分布... 详细信息

根据ORDEM2000模型和卫星标准解体模型(SBM),确定空间中真实空间碎片的典型形状和撞击姿态。利用AUTODYN仿真软件,基于碎片特征长度,对立方体、方形薄片超高速撞击产生的碎片云进行三维数值模拟,从形状、质量分布、速度分布与能量分布深入分析碎片云特性,并与通用的球形标准弹丸进行比对。结果表明:弹丸形状及撞击姿态对碎片云特性有显著影响,立方体和方形薄片弹丸角撞击时产生的毁伤能力最大,而球形弹丸最小。因此,基于标准球形弹丸获得的弹道极限方程低估了航天器遭受空间碎片撞击损伤的风险,而基于真实碎片特征长度的弹丸形状效应研究将对现行的球形弹丸弹道极限方程(或曲线)做出更合理的修正。

关键词：空间碎片超高速撞击碎片云弹丸形状效应数值仿真

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超高速撞击下单层铝板的破坏特性研究

超高速撞击下单层铝板的破坏特性研究

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作者：冯志诚南京理工大学

学位级别：硕士

掌握空间防护结构超高速撞击下的响应特性规律,有助于提升航天器防护结构的优化设计。本文从实验和数值计算研究超高速撞击下防护结构单层铝板的响应特性,主要研究内容和取得的主要结果如下:（1）对AUTODYN软件二次开发,将SGL本构模型... 详细信息

掌握空间防护结构超高速撞击下的响应特性规律,有助于提升航天器防护结构的优化设计。本文从实验和数值计算研究超高速撞击下防护结构单层铝板的响应特性,主要研究内容和取得的主要结果如下:（1）对AUTODYN软件二次开发,将SGL本构模型自定义加入材料模型库用Fortran语言将SGL本构方程通过AUTODYN二次开发接口,完成SGL模型自定义添加到材料库中,并通过taylor杆碰撞计算验证了本文二次开发的正确性,对比分析了SGL模型用于超高速碰撞计算的必要性。（2）开展了Mylar膜飞片7km/s-10km/s下单层铝板的超高速撞击响应特性研究通过电炮装置,开展了Mylar膜飞片撞击6061-T4铝板弹道极限实验研究,获得了近似为双折线弹道极限曲线。撞击速度7km/s-8km/s区间时,临界质量迅速减小,8km/s-9.5km/s临界质量缓慢减小。（3）Mylar膜飞片7km/s-10km/s正撞击及30°斜撞击数值模拟研究通过正撞击和斜撞击数值模拟计算,分析了铝板破坏过程,计算结果表明飞片在7km/s-8km/s速度区间正撞击铝板时,临界质量的迅速减小源于冲击加载下铝板剪切强度迅速降低导致其防护能力的下降。而在8km/s-9.5km/s速度区间,冲击载荷下铝板的剪切强度变化较小,从而使临界质量变化较小;斜撞击情况下,随着撞击速度的增加,铝板内部的软化深度增加,且临界质量变化量基本相同。（4）对影响超高速碰撞问题的因素数值计算与分析通过不同构型、不同质量的铝弹丸在不同的速度下撞击单层铝靶的数值模拟研究,获得了弹丸构型、质量与所产生的碎片云关系。弹丸等质量时圆柱形弹丸对防护板的开孔能力最强,球形弹丸次之,薄片随厚度减小依次减弱。弹丸质量较低（37mg）时,低速撞击下圆柱形、球形弹丸产生的碎片云动量大于薄片型弹丸,而高速撞击时,薄片型弹丸所产生的碎片云动量存在最大值,且该最大值大于柱形和球形弹丸碎片云动量;弹丸质量较大（1.0g）时,低速撞击下柱形、球形弹丸产生碎片云动量较大,高速撞击下,薄片型弹丸碎片云动量随厚径比的增加而增加,且薄片厚径比为0.025的碎片云动量小于柱形、球形弹丸。

关键词：超高速碰撞弹道极限弹丸形状效应数值模拟二次开发

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