玄武岩及Kevlar纤维填充式防护结构超高速撞击性能研究

摘要

随着航天事业的发展,空间碎片有了爆炸式的增长,其已经成为航天器安全运行的最大威胁。因此,对航天器防护结构的研究已经成为了包括中国在内的航天大国所面临的主要问题。本文以航天器防护结构为工程应用背景,以国产玄武岩纤维布作为主要研究对象,采用超高速撞击地面模拟试验和数值仿真相结合的方法,系统研究了填充材料以及纤维前置对填充式防护结构防护性能的影响。主要研究工作包括:
　　首先,研究了填充材料对填充式防护结构防护性能的影响。研究结果表明,玄武岩/Kevlar填充式防护结构(B方案)的防护性能要优于全玄武岩填充式防护结构(A方案)。
　　其次,研究了纤维前置对填充式防护结构防护性能的影响。研究结果表明,前置玄武岩纤维填充式防护结构(C方案)的防护性能与玄武岩/Kevlar填充式防护结构(B方案)整体相当,优于其他三种防护结构方案。
　　最后,使用不同直径的球形弹丸和不同长径比的柱形弹丸、以不同的速度对玄武岩/Kevlar纤维填充式防护结构进行超高速撞击数值仿真分析。研究结果表明,在同等速度下,长径比大于1.0的柱形弹丸对结构造成的损伤比同等重量的球形弹丸要严重;在低速区间段,长径比小于1.0的柱形弹丸,对结构造成的损伤比同等重量的球形弹丸轻微,而在高速区间段对结构造成的损伤要比同等重量的球形弹丸严重;对于柱形弹丸,在低速区间段的同一速度下,对结构造成的损伤随长径比的增加而加重;在高速区间段的同一速度下,长径比大于1.0时,结构的损伤程度随长径比的增加而加重,长径比小于1.0时,结构的损伤随长径比的减小而加重。

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第1章 绪论

1.1空间碎片环境及危害

1.2航天器防护结构研究

1.3超高速撞击数值仿真研究

1.4本文主要研究内容

第2章 试验材料及方法

2.1试验材料

2.2试验方案

2.3试验方法

2.4防护结构性能评价

第3章 填充材料对填充式防护结构防护性能影响研究

3.1引言

3.2全玄武岩纤维填充式防护结构撞击损伤分析

3.3玄武岩/Kevlar填充式防护结构撞击损伤分析

3.4填充材料对防护性能的影响

3.5本章小结

第4章 纤维前置对填充式防护结构防护性能影响研究

4.1引言

4.2前置玄武岩纤维填充式防护结构撞击损伤分析

4.3前置Kevlar纤维填充式防护结构撞击损伤分析

4.4前置玄武岩+Kevlar纤维填充式防护结构撞击损伤分析

4.5纤维前置对防护性能的影响

4.6铝防护屏穿孔直径变化规律

4.7本章小结

第5章 超高速撞击数值仿真分析

5.1引言

5.2材料模型

5.3球形弹丸超高速撞击数值仿真

5.4柱形弹丸超高速撞击数值仿真

5.5本章小结

结论

参考文献

声明

致谢