层压结构优化设计与防护性能测试

摘要

当前空间碎片对航天器与卫星的威胁日趋严重，其防护结构需要抵御微碎片9km/s以上的极高速撞击。不同于弹丸中低速侵彻问题，单层防护面板此时经历极高的冲击压力与塑性大变形。本文基于AUTODYN二次开发建立了纤维增强复合材料计算模型，通过对碳纤维增强层压板超高速碰撞过程的一系列模拟，探讨层压板沿厚度方向的冲击波传播特性，以及随后的结构变形与破坏特征，进一步提出了层压板的防护性能优化设计方案。运用流体物理研究所电炮装置开展飞片/层压板超高速平面碰撞实验。实验与仿真均表明，碳纤维夹层及其界面能够有效降低测试样品自由面速度峰值。运用飞片平面冲击防护结构靶，样品自由面速度剖面的峰值与后继平台表征了结构的冲击响应特性与惯性动能的局域化，以此可以量化评估结构靶的防护性能。