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小天体防御高速撞击数值仿真研究

中国科学：技术科学 2023年第12期53卷 2039-2052页

作者：焦艺菲程彬陈诗雨宝音贺西清华大学航天航空学院北京100084 中国空间技术研究院北京100094 内蒙古工业大学理学院呼和浩特010051

目前发现的太阳系小天体超过数百万颗,小天体的形成与演化过程都伴随着频繁且剧烈的撞击,近地小天体还可能与地球相撞并造成重大灾难,而使用航天器高速撞击小行星将其摧毁或改偏其轨道,是目前最有效可行的防御手段之一.因此研究小天体... 详细信息

目前发现的太阳系小天体超过数百万颗,小天体的形成与演化过程都伴随着频繁且剧烈的撞击,近地小天体还可能与地球相撞并造成重大灾难,而使用航天器高速撞击小行星将其摧毁或改偏其轨道,是目前最有效可行的防御手段之一.因此研究小天体的高速撞击过程,对揭示太阳系小天体的形成与演化,以及近地小天体的撞击防御评估都至关重要.基于光滑粒子流体动力学方法,本文开发了完全自主知识产权的小天体高速撞击数值模拟软件THU-SPHSOL,数值仿真研究了材料特性和内部结构对撞击毁伤结果的影响,以及撞击成坑过程的溅射物规律,研究结果将为我国即将开展的小行星撞击防御任务提供重要参考.

关键词：小天体行星防御高速撞击光滑粒子流体动力学方法

不同环境温度下铝球高速撞击纤维布/铝板组合防护结构试验研究

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振动与冲击 2022年第17期41卷 231-237页

作者：管公顺廖祥张铎哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150080

利用二级轻气炮发射铝球弹丸,在不同环境温度下高速撞击经过高低温交变和电子辐照作用的纤维布/铝板组合防护结构,研究环境温度、高低温交变与电子辐照对防护结构高速撞击损伤与防护特性的影响。用于模拟空间碎片的铝球弹丸直径为3.97 ... 详细信息

利用二级轻气炮发射铝球弹丸,在不同环境温度下高速撞击经过高低温交变和电子辐照作用的纤维布/铝板组合防护结构,研究环境温度、高低温交变与电子辐照对防护结构高速撞击损伤与防护特性的影响。用于模拟空间碎片的铝球弹丸直径为3.97 mm,撞击速度为1.4~3.53 km/s,撞击角度为0°,环境温度分别为-100℃、20℃和200℃。结果表明,高温环境、高低温交变与电子辐照可导致纤维布/铝板组合防护结构的高速撞击防护性能下降;低温环境可使纤维布/铝板组合防护结构的高速撞击防护性能提高;高温环境和高低温交变对纤维布/铝板组合防护结构的高速撞击防护性能的影响更加显著。

关键词：高速撞击纤维布环境温度电子辐照防护性能

水滴高速撞击风力机叶片的SPH-FEM耦合计算

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太阳能学报 2023年第11期44卷 303-309页

作者：周文平杨茂立马桂兰六盘水师范学院物理与电气工程学院六盘水553004 泸州职业技术学院智能制造与汽车工程学院泸州646000

基于SPH-FEM耦合方法,对水滴高速撞击叶片涂层表面后的动态过程及材料冲击响应进行计算。结果表明:水滴撞击后会出现两次接触力峰值,第一次是由水滴被压缩后形成的高压导致的,会在涂层表面形成较高的应力,但造成材料的塑性变形较小;第... 详细信息

基于SPH-FEM耦合方法,对水滴高速撞击叶片涂层表面后的动态过程及材料冲击响应进行计算。结果表明:水滴撞击后会出现两次接触力峰值,第一次是由水滴被压缩后形成的高压导致的,会在涂层表面形成较高的应力,但造成材料的塑性变形较小;第二次是由水滴内部的高压释放引起的横向扩散导致的,会在涂层表面造成较大的塑性变形,是导致叶片前缘损伤的主要因素;水滴速度的增加或涂层厚度的减小会导致更大的接触力,同时在涂层表面产生更大的塑性变形区域以及塑性应变。

关键词：风力机叶片涂层材料冲击响应水滴高速撞击

高速撞击压电陶瓷过程中储能电容对电输出特性的影响研究

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西北工业大学学报 2018年第5期36卷 949-954页

作者：唐恩凌王利王睿智韩雅菲林晓初高国文贺丽萍相升海王猛沈阳理工大学装备工程学院辽宁沈阳110159

为了揭示PZT-5H压电陶瓷电源复合结构在高速撞击载荷下电源外部电路中储能电容对输入电压、输入能量的影响规律,利用自行构建的一级轻气炮加载系统、电源外部电路及电输出测试系统,分别开展了长径比为1∶1的柱状弹丸在相近碰撞速度、不... 详细信息

为了揭示PZT-5H压电陶瓷电源复合结构在高速撞击载荷下电源外部电路中储能电容对输入电压、输入能量的影响规律,利用自行构建的一级轻气炮加载系统、电源外部电路及电输出测试系统,分别开展了长径比为1∶1的柱状弹丸在相近碰撞速度、不同储能电容容量条件下高速撞击单片和多片压电陶瓷复合结构实验。实验结果表明:储能电容越大,压电陶瓷输出电压峰值越小、储能电容充电电压越小,存储能量值越小;随着储能电容量与压电电容量比率的增大,压电陶瓷的能量转换率减小;此外,储能电容的存储能量随压电陶瓷层数的增加而增大;压电陶瓷的电容与储能电容的匹配对储能电容的输入电压和储能电容的输入能量有较大影响。

关键词： PZT-5H压电陶瓷电源高速撞击储能电容电特性实验设计

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射弹高速撞击下结构冲击响应建模方法

强度与环境 2024年第2期51卷 27-31页

作者：王建民王晓晖刘思宏刘振皓孔凡金张红亮宋俊柏北京强度环境研究所北京100076 北京强度环境研究所可靠性与环境工程技术重点实验室北京100076 航天东方红卫星有限公司北京100094

装备受到外界打击可能造成失效,以往的研究多集中在打击部位的损伤破坏,而对于打击引起的冲击波及其在装备内传播研究较少,而后者同样能够导致装备失效。本文针对结构在高速撞击下的冲击响应问题开展了建模方法研究,提出了结构在高速打... 详细信息

装备受到外界打击可能造成失效,以往的研究多集中在打击部位的损伤破坏,而对于打击引起的冲击波及其在装备内传播研究较少,而后者同样能够导致装备失效。本文针对结构在高速撞击下的冲击响应问题开展了建模方法研究,提出了结构在高速打击下的冲击源建模方法,并通过理论分析给出了建模方法的适用条件。利用传统的有限元技术,结合本文的冲击源建模方法,可以有效地对结构高速撞击下的冲击响应进行仿真,通过试验验证了方法的适用性。

关键词：高速撞击冲击响应建模

板间距对铝板多冲击结构高速撞击防护性能影响的试验研究

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振动与冲击 2020年第3期39卷 269-275页

作者：管公顺刘启超韩潇风哈尔滨工业大学航天学院航天工程系

为了研究板间距变化对铝板多冲击结构高速撞击损伤与防护特性的影响,采用二级轻气炮发射铝球弹丸对具有不同板间距的双层、三层、四层和五层铝板结构进行了高速撞击试验,弹丸直径分别为3.97 mm、5 mm和6.35 mm,撞击速度为1.72~4.88 km/s... 详细信息

为了研究板间距变化对铝板多冲击结构高速撞击损伤与防护特性的影响,采用二级轻气炮发射铝球弹丸对具有不同板间距的双层、三层、四层和五层铝板结构进行了高速撞击试验,弹丸直径分别为3.97 mm、5 mm和6.35 mm,撞击速度为1.72~4.88 km/s,撞击角度为0°。结果表明:在铝球弹丸的弹道段撞击速度区间,板间距变化对铝板多冲击结构的高速撞击防护性能无显著影响;在铝球弹丸的破碎段撞击速度区间,对于相同的总防护间距,具有不同板间距的铝板多冲击结构的高速撞击防护性能存在明显差异;基于该试验数据定义的三层、四层和五层铝板结构的板间距因子,可为具有高效抗高速撞击能力的铝板多冲击结构的板间距设计提供依据。

关键词：多冲击结构间距高速撞击损伤防护性能

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高速撞击下温压炸药的响应敏感性

爆破器材 2020年第5期49卷 7-13页

作者：李宏伟郭婉肖王茂韩志伟陈坤王伯良南京理工大学化工学院江苏南京210094

采用自行设计的动态加载装置对HMX基、HMX/NTO基和HMX/FOX-7基3种温压炸药撞击响应规律进行了研究,获得炸药的临界点火速度,并通过密闭燃烧罐分析撞击后回收试样的燃烧特性。结果表明:3种温压炸药药柱在高速撞击下均经历了冲击、塑性变... 详细信息

采用自行设计的动态加载装置对HMX基、HMX/NTO基和HMX/FOX-7基3种温压炸药撞击响应规律进行了研究,获得炸药的临界点火速度,并通过密闭燃烧罐分析撞击后回收试样的燃烧特性。结果表明:3种温压炸药药柱在高速撞击下均经历了冲击、塑性变形、破碎飞散和点火反应阶段;HMX基、HMX/NTO基和HMX/FOX-7基温压炸药的临界点火速度分别为302.9、312.3 m/s和315.3 m/s,NTO和FOX-7能够提高温压炸药的临界点火速度;分析撞击后回收试样的燃烧特性发现,与HMX基温压炸药相比,HMX/NTO基和HMX/FOX-7基温压炸药升压时间分别增加了103.6%和103.3%,升压速率分别降低了17.3%和21.1%,且撞击后的燃烧速率显著降低。

关键词：温压炸药高速撞击临界点火速度燃烧特性

超高强度平头圆柱形弹体对低碳合金钢板的高速撞击实验

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爆炸与冲击 2017年第4期37卷 629-636页

作者：任杰徐豫新王树山北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081

为分析不同组分低碳合金钢板抗超高强度低碳合金钢弹体的高速撞击性能及破坏模式,以两种典型防弹特种钢SS、AS以及常见的Q235A钢为研究对象,通过静态拉伸、静态压缩及动态压缩测试,获得静态拉伸和压缩性能参数以及1 000~6 000s^(-1)应... 详细信息

为分析不同组分低碳合金钢板抗超高强度低碳合金钢弹体的高速撞击性能及破坏模式,以两种典型防弹特种钢SS、AS以及常见的Q235A钢为研究对象,通过静态拉伸、静态压缩及动态压缩测试,获得静态拉伸和压缩性能参数以及1 000~6 000s^(-1)应变率范围内的力学行为,分析了材料组分与力学性能的相关性。采用弹道枪加载撞击方法,获得了两种超高强度合金钢平头圆柱形弹体对3种钢板(14.5~15.9mm厚)的弹道极限速度,通过分析获得了不同工况下的极限比吸收能,讨论了合金钢板在弹体高速撞击下破坏模式的差异,分析了材料力学性能与破坏模式的相关性。研究表明:3种合金钢板抗弹体撞击性能与材料屈服强度正相关,但其性能间的差异远小于屈服强度间的差异;在超高强度合金钢平头圆柱形弹体的高速撞击下,3种钢板的失效机制与其力学性能密切相关,Si和Mn含量高的AS钢呈硬脆性特征,其断裂失效主要取决于材料的剪切强度,而Si和Mn含量较低的SS钢和Q235A钢具有良好的塑性,其断裂失效主要取决于材料的压缩强度和剪切强度。

关键词：破坏模式高速撞击低碳合金钢超高强度弹体

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层状结构冰球的高速撞击特性实验

爆炸与冲击 2020年第11期40卷 136-145页

作者：谭晓军冯晓伟胡艳辉谢若泽杨世全拜云山中国工程物理研究院总体工程研究所四川绵阳621999

为研究冰雹在不同撞击速度下的破碎特性及致损能力,通过空气炮加载技术,开展了单一性状冰球和层状结构冰球高速撞击刚性靶实验,利用测力杆记录了两种类型冰球在不同撞击速度下的撞击力时程曲线,并结合高速摄影技术研究了两类冰球的高速... 详细信息

为研究冰雹在不同撞击速度下的破碎特性及致损能力,通过空气炮加载技术,开展了单一性状冰球和层状结构冰球高速撞击刚性靶实验,利用测力杆记录了两种类型冰球在不同撞击速度下的撞击力时程曲线,并结合高速摄影技术研究了两类冰球的高速撞击破碎特性。实验结果表明:两类冰球高速撞击刚性靶的宏观破碎特性相似,在碰撞初始阶段冰球已完全破碎,形成微颗粒团簇体,反向溅射角呈随撞击动能增大而增大的趋势;与单一性状冰球撞击力曲线相比,层状结构冰球撞击力曲线中出现二次上升信号,推测是由于破碎界面在层间界面发生偏折,小球未完全破碎再次撞击测力杆所导致;高速撞击下层状结构冰球的撞击力高于单一性状冰球,推测是由于层间结构的存在延缓了冰球的破碎进程,提升了其在冲击方向传递动量的能力,进而产生了更高的撞击力。研究结果有助于深化对冰雹在高速撞击下的破坏力学行为的认识,同时可为飞行器结构防护、冰雹撞击安全设计研究等提供参考。

关键词：层状结构冰球高速撞击撞击力动态破碎层间界面