超高速撞击

摘要： 为研究多层板结构中薄板在碎片云作用下的变形与破坏问题,开展了超高速撞击多层板实验。实验结果表明,薄板在高速碎片云冲击下的典型破坏特征为中央穿孔及环孔凹陷变形与花瓣型撕裂。在此基础上,考虑弯矩和膜力作用,建立了描述薄板在轴对称分布强冲击载荷作用下大变形的理想刚塑性环板模型,据此可以计算环板变形过程的横向与径向速度场,结合Grady破碎理论,可以计算花瓣型撕裂的花瓣数,理论计算值与实验比较吻合。研究结果可以为多层板结构在超高速弹丸撞击下的毁伤评估提供理论基础。

摘要： 航天器部件遭受超高速撞击具有随机性;撞击损伤既有机械损伤,也可能会有功能损伤;而撞击后果具有复杂性,可能不会影响正常工作,可能造成任务降级,也可能造成任务失败。在航天器的超高速撞击风险评估和防护中,首先需要明确部件的撞击失效模式,然后采取针对性的防护措施,以达到事半功倍的效果。本文通过功率电缆、数据电缆、射频电缆、太阳电池阵、锂电池的超高速撞击效应,梳理出部件的主要失效模式,并给出了可能造成任务失败的失效模式,本文工作为航天器的空间碎片撞击影响和空间碎片防护设计提供参考。

摘要： 低成本、可自主展开的气球卫星是未来卫星技术的应用方向之一,而日益增多的空间碎片是低轨航天器,包括气球卫星所面临的主要威胁之一。为满足气球卫星的生存力分析以及在轨被撞击产生空间碎片的评估需求,开展球形气囊超高速撞击试验与仿真研究,获得了不同材质气囊的撞击损伤特性,并初步揭示弹丸贯穿球形气囊过程的破坏细节以及碎片云团特性,可为空间碎片撞击气球卫星的碎片化特征分析提供支撑。

摘要： 为研究一种改进型的波阻抗梯度材料防护结构Ti/Al/Mg结构的撞击极限,采用二级轻气炮以3.0~8.0 km/s的速度对Ti/Al/Mg结构、Al/Mg结构和2A12结构开展了超高速撞击实验,建立了Ti/Al/Mg结构的撞击极限曲线。结果表明:高阻抗的钛合金表层能产生更高的冲击压力和温升,使弹丸充分破碎;在面密度相同的条件下,与Al/Mg结构和2A12结构相比,Ti/Al/Mg结构具有更强的防护性能。通过理论计算得到Ti/Al/Mg结构撞击极限曲线的区间转变速度小于7.0 km/s,但其实验撞击极限曲线上并未出现明显的区间转变,在实验速度范围内,撞击极限随着撞击速度的提升而增大,这与典型Whipple结构撞击极限曲线存在差异。

摘要： 采用水中泡大的高吸水性材料模拟水滴,开展了常温下直径为3.7和6.4 mm的球形水滴超高速正撞击典型Whipple防护结构(由缓冲板和效应板构成)的实验研究,得到了不同直径的水滴弹丸撞击下双层铝板的毁伤特性。采用LS-DYNA软件的有限元方法-光滑粒子流体动力学(finite element method-smoothed particle hydrodynamics,FEM-SPH)自适应方法对Whipple防护结构在直径为3~7 mm的水滴不同速度撞击下的毁伤特性进行了研究,分析了水滴直径、撞击速度、靶板厚度等因素的影响,给出了2~8 km/s速度范围内水滴超高速撞击铝板的无量纲穿孔直径经验公式,得到了3~7 mm水滴弹丸击穿Whipple防护结构所需的最低速度。

摘要： 为满足透明结构空间碎片防护的需求,本文介绍了透明材料的撞击特性验证方法,针对PC、PMMA、耐辐照玻璃等透明材料开展了超高速撞击试验验证,获得了不同材料在超高速撞击后的破坏形式、缺陷大小等,并经分析得到了不同材料的弹道极限。结果表明,若以是否击穿为准则,本试验采用的透明材料的防护能力都强于1.5mm厚5A06铝板,PC材料的防护能力强于PMMA和耐辐照玻璃,PMMA的防护能力与耐辐照玻璃相当。

摘要： 以球形铝合金弹丸为研究对象,应用AUTODYN-3D软件,采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法对球形弹丸撞击薄板后弹丸的破碎状态进行了研究。针对弹丸速度、直径及薄板厚度对弹丸破碎状态的影响进行了分析,根据仿真数据,拟合了弹丸破碎状态特性曲线,获得了弹丸发生破碎及发生完全破碎时的临界撞击条件。

摘要： 空间碎片超高速撞击是典型的高温、高压、高应变率的极限力学问题,涉及材料复杂的动态响应,对传统的数值方法提出了巨大挑战。最优运输无网格(OTM)方法通过有机结合最优运输时间积分理论、局部最大熵无网格近似、物质点抽样、基于物理的裂纹扩展算法以及大规模并行计算策略,克服了传统数值方法瓶颈,在理论上保证了不同形式能量耗散的自主耦合分配,为超高速撞击仿真预测提供了高效的解决方案。采用基于OTM方法自主研发的极限力学仿真软件ESCAAS,对不同质量(3、10 g)的铜飞片以不同撞击角度(5.4°、11.7°)和不同撞击速度(5.55、5.12 km/s)撞击铝合金靶板的过程进行数值模拟,获得碎片云的形貌、靶板穿孔孔径等结果,与实验测量数据吻合良好,显示出OTM方法及ESCAAS软件可以作为超高速撞击的有力数值分析手段。

摘要： 为探究黑索金(RDX)靶材超高速撞击辐射特征,在超高速碰撞靶上开展了铝球超高速撞击RDX光辐射特征测量试验。获得了2A12铝球以约3 km/s、6 km/s的速度撞击空药盒、盒装RDX、裸装RDX等靶材的紫外、可见光典型波段的光谱辐射强度。试验发现:超高速撞击不同靶材的辐射特性显著不同,撞击空药盒存在1个辐射峰、总辐射时间最短,撞击盒装RDX存在2个辐射峰、总辐射时间次之,撞击裸装RDX存在多个辐射峰、总辐射时间最长;撞击冲击波效应产生的强辐射波段与爆轰产生的强辐射波段显著不同;撞击冲击波效应产生的光谱辐射强度随撞击速度的增大而增强。不同靶材辐射特性的显著差异,可作为目标爆炸程度的判断依据;该试验结果可为理论研究和数值模拟提供参考。

摘要： 针对航天器遭受空间碎片和微流星体撞击的问题,对蜂窝夹层结构的超高速撞击损伤监测进行研究。提出将碳纳米管薄膜共固化在蜂窝夹层结构面板表面使之具有自感应能力,结合电学成像技术对超高速撞击造成的损伤进行监测和识别。采用二级轻气炮对自感应蜂窝夹层结构进行了超高速撞击,在撞击前后分别向感应层注入微小的激励电流,根据边界电压变化重建损伤引起的电导率变化图像,从而提供有关撞击和损伤的信息。试验结果表明,基于碳纳米管薄膜的感应层性能良好,重建的电导率变化图像能够较好地反映损伤个数、位置和近似尺寸,验证了所提出技术方法的有效性,为航天器结构超高速撞击监测提供了一种新的技术手段。

摘要： 超高速撞击形成碎片云的形貌及其运动特性可验证仿真计算模型的结果,为建立碎片云模型、研究超高速撞击机理、研制新型防护材料提供基础数据.为了获得超高速撞击铝板形成的碎片云特征数据,开展了阴影成像系统的标定、碎片云阴影成像和数据处理研究,以及光源系统和成像系统同步控制的碎片云前光成像.解决了超高速碰撞过程中强烈火光对碎片云成像的影响,验证了超高速撞击碎片云空间分布及运动特性测量技术.同时将试验结果与数值结果进行了对比.最后,文章还提出了碎片云的前光及阴影成像测量方案.

摘要： 空间碎片超高速撞击航天器防护屏形成碎片云,其中大碎片的质量、动能最大,对航天器内部结构的损伤威胁最大.建立大碎片的识别方法,可得到大碎片的质量、速度等特征参数,对航天器内部结构的损伤评估及防护具有重要意义.

摘要： 空间碎片对载人航天活动产生严重的威胁,基于球形弹丸的防护设计是不可靠的.通过开展不同工况条件下哑铃形弹丸和球形弹丸超高速撞击Whipple防护板的数值仿真,用前板弹孔直径、后板毁伤直径、扩孔率和膨胀率对哑铃形弹丸和球形弹丸超高速撞击whipple防护板的毁伤特征进行对比分析,获得哑铃形弹丸和球形弹丸超高速撞击防护板的毁伤规律及其两者之间的差异,为航天器的空间防护设计提供一定的参考.

摘要： 微流星体及空间碎片(Micro-Meteoroid&Orbital Debris,以下简称MM/OD)超高速撞击严重威胁在轨航天器特别是长期留轨的载人航天器安全,航天器部组件一旦被MM/OD撞击损伤,功能将降级或失效,甚至可能导致航天器系统级失效,直接影响航天器及航天员的在轨生存力.文章针对MM/OD超高速撞击对航天器的撞击损伤行为和撞击效应,阐述了MM/OD超高速撞击下载人航天器生存力评估的必要性,并基于FMEA、FTA等可靠性理论和超高速撞击下部组件易损性结果,提出了载人航天器生存力评估方法,给出了国内外航天器典型部部组件产品撞击实验最新研究成果,最后从任务设计层面,提出了提高载人航天器及航天员系统在轨MM/OD撞击生存力的综合措施.

摘要： 本文针对航天器太阳电池组件,在二级轻气炮上开展了速度3-7km/s的超高速撞击地面模拟试验.通过对太阳电池组件超高速撞击损伤形貌、损伤模式、边界效应以及开路电压、短路电流、最大功率功率的分析,获得了太阳电池机械损伤方程和伏安特性变化规律;针对某航天器太阳电池阵进行了空间碎片环境下的寿命预估,结果显示,在太阳电池阵受到毫米级空间碎片撞击后,未发生整块太阳阵短路等情况下,空间碎片环境对太阳电池阵寿命影响不大.

摘要： 根据铝合金弹丸和玄武岩纤维丝损伤特性,将宏观上铝球撞击编织布转换为细观尺度上纤维丝撞击铝球,并基于一维冲击波理论,建立撞击玄武岩纤维布弹丸累计损伤模型.分析撞击过程中弹丸冲击加热机制,得出撞击单丝直径0.9μm厚0.45mm的玄武岩纤维布的铝合金弹丸熔化最小临界速度大于或等于1.5km/s、小于2.0km/s,弹丸软化的临界速度范围为2.0km/s～4.0km/s,与实验结果吻合.探索铝合金弹丸损伤机制,结果表明弹丸损伤是冲击加热损伤和冲击波损伤耦合结果,且与玄武岩纤维布编织构造形式有关.

摘要： 研究了超高速撞击和空间紫外/质子辐照联合效应对于聚酰亚胺薄膜在损伤行为的影响.采用激光驱动飞片装置对于聚酰亚胺薄膜进行了超高速撞击;将撞击后的薄膜材料分别进行真空紫外/质子辐照;利用扫描电镜检测空间辐照前后撞击损伤区域薄膜材料的损伤形貌,进而分析联合效应对于薄膜材料的力学性质及损伤特性的影响.结果表明,质子辐照会使得撞击样品颜色变暗、形状发生卷曲,质子辐照面表层材料变脆、剥离,径向裂纹尖端容易诱发次生裂纹;真空紫外辐照下薄膜材料的宏观形态及微观损伤形貌没有出现明显变化.

摘要： 应用二级轻气炮发射球形铝合金弹丸正撞击球形充气压力容器,国内外首次采用PVDF传感器对容器壁中应力波进行定量研究,获得了不同的撞击速度下球形压力容器的损伤特性和压力容器壁应力波的传播规律.结果表明,器壁中应力波的压力呈现先减弱再增加的规律,且随着撞击速度的增加,应力波压力增加.采用数值仿真方法进一步对气体压力、容器直径及弹丸直径对容器壁中应力波传播规律的影响进行研究,结果表明:随着气体压力的增加,应力波压力值随传播距离的增加衰减幅度加剧;随着压力容器直径的增加,应力波传播到后壁处的压力值越高;随着弹丸直径的增加,球形压力容器中应力波的压力值增加.

摘要： 侵蚀弹超高速侵彻岩石类材料时,弹体侵蚀流和靶体破碎介质运动主导整个成坑过程.在分析岩石类材料侵彻近区拟流体特征的基础上,利用不可压缩理想流体的伯努利方程,考虑弹体侵蚀破坏过程中的强度变化和靶体破碎介质的反向喷射,建立并验证了理论分析模型,并进行成坑效应影响因素分析.分析表明,侵彻深度随着撞击速度呈现出增大-逆转-趋向极限的变化规律,弹坑半径则一直随撞击速度的提高而增大;靶体材料的动力硬度对侵彻深度的影响不大,但对弹坑半径影响较大;当撞击能量相同时,不同长径比弹体造成的弹坑体积相同.

摘要： 本文对比了目前国内外主要的航天器风险评估软件,分析了各软件的优缺点,提出一种基于射线法的空间碎片撞击航天器生存力评估方法,给出了空间碎片环境下影响航天器生存力的关键因素和建模方法.阐述了基于虚外墙法的航天器敏感性分析方法和航天器易损性分析方法的具体方案,重点分析了导致航天器功能型部组件功能降阶的分析方法,提出建立部件的效能衰减与物理毁伤程度的衰减函数来表征功能型部组件功能降阶的办法,并给出了射线法模拟碎片云的具体方法,提出了一种基于专家知识推理的系统生存力评估方法.

摘要： 本发明公开了一种超高速撞击损伤区域特征强化方法，包括：提取缺陷的典型瞬态热响应；获得红外重构图像；对红外重构图像进行背景区域和缺陷区域的分离；在噪声去除、保留细节及保持边缘目的指导下构建红外图像分割函数；多目标优化算法结合分割模型在红外重构图像中对试件缺陷实现一次性分割；根据红外图像中的像素点到聚类中心的距离对像素点进行类别划分，得到红外检测图像中损伤缺陷的分割图像。本发明利用多目标优化理论进行红外重构图像中的缺陷分割，针对噪声问题和边缘模糊问题分别构造目标函数，提高损伤缺陷区域的分割精度，缺陷检测率高，误检率低，凸出强化了红外重构图像中的超高速撞击损伤缺陷区域，便于复杂缺陷的量化研究。

摘要： 本发明公开了一种太空环境超高速撞击试验装置及方法，其在太空环境模拟容器内部限定有包括飞行区和撞击区的试验空间，并设有可对沿试验空间超高速飞行的弹丸产生与重力反向电磁力的电磁铁。试验前，根据弹丸的质量和类型调整电磁铁所提供的磁场的大小，即可平衡弹丸沿试验空间飞行过程中所受重力，从而在试验空间中模拟太空中的微重力环境，进而能更好地满足太空超高速撞击的模拟试验要求以及进行相应的力学研究。

摘要： 本发明公开了一种大尺寸非平面试件超高速撞击损伤的红外热成像检测方法，首先分离出突显缺陷特征的损伤温度重构图像、最稳定极值区域快速检测并提取损伤特征点，生成损伤温度特征向量、降维；再粗匹配、采用构建的抗旋转缩放匹配算法建立三角形相似性假设剔除误匹配点对；通过优化RANSAC算法提取损伤温度重构图像的匹配点对，精确估计出仿射变换模型参数HT，实现图像拼接，得到拼接图像，考虑移动和角度变化会带来其红外重构图像的几何变换如旋转、缩放，进而构建了抗旋转缩放匹配算法用于剔除误匹配点对，同时，构建优化RANSAC算法提取匹配点对，这样，更好地获得了正确匹配损伤特征点，避免拼接图像出现畸变。

摘要： 本发明公开了一种基于集成学习的超高速撞击损伤的定量识别方法，包括以下步骤：获得损伤红外重构图像；定义平均相对温度特征、平均相对能量特征和平均温度梯度特征，对表征损伤区域热量情况的物理属性进行量化；度量损伤尺寸，对规则损伤进行尺寸特征提取；通过识别损伤的边缘轮廓来实现不规则损伤的尺寸特征量化提取；通过链码技术量化损伤区域的面积、重心、长短径和周长等形态特征实现不规则损伤的形态特征提取；引入集成学习的概念，对得到的不同子数据集进行损伤定量分析；本发明提出了一系列损伤量化指标，通过将这些量化指标作为特征构建集成学习网络，并建立相应的分类器，从而实现对超高速撞击损伤类型的定量识别。

摘要： 本发明公开了一种超高速撞击损伤检测图像的分割识别方法，包括：提取每类缺陷的典型瞬态响应；获得红外重构图像；多目标优化算法结合分割模型对红外重构图像进行背景区域和缺陷区域的分离；在噪声去除、保留细节和保持边缘三种目的指导下构建红外图像分割函数；使用多目标优化算法结合分割模型在红外重构图像中对试件缺陷实现一次性分割，根据偏好来调整权重向量；对像素点进行类别划分，得到最后的分割图像。本发明利用多目标优化理论对红外重构图像中的撞击损伤区域进行分割，针对噪声问题和边缘模糊问题构造目标函数以提高分割的精度，缺陷检测率高，降低了误检率，有效提取出重构图像中的损伤缺陷区域，以便于复杂超高速撞击损伤的量化研究。

摘要： 模拟空间碎片超高速撞击声发射的无损等效声源激励方法，涉及空间碎片超高速撞击声发射定位技术领域，本发明的目的是为了解决现有的声源激励方式会导致结构体损伤与污染、存在信号无法长距离传播的问题。在声源点到声发射传感器的传播路径上，布置若干间隔相同距离的三号激励探头，组成激励探头阵列。控制每个三号激励探头输出的激励信号的特征和激励时间，实现多个激励信号的能量叠加，形成幅值满足定位要求的等效声源信号，且不会造成结构体撞击损伤。它用于模拟空间碎片超高速撞击声发射的无损等效声源激励信号。

摘要： 用于高速或超高速撞击X光拍摄碎片云的承压装置，它涉及一种承压装置。本发明解决现有压力容器由于被损伤破坏而不能反复使用，每进行一次撞击实验需要耗费一个压力容器，存在成本较高的问题。主体钢架为长方体框架，四块侧壁钢板均呈长方形，主体钢架的每个侧面固装有一块侧壁钢板，四块侧壁钢板形成方筒状，每块侧壁钢板上设置有一个X射线透射窗，主体钢架的前端面上设置有前端板，前端板中心处加工有圆形台肩通孔，可更换前靶板装夹在装夹法兰盘与前端板的台肩上，装夹法兰盘固装在主体钢架的前端板上，后封头固装在主体钢架的后端面上，后封头上加工有气孔，四块侧壁钢板、后封头和前端板之间为密封结构。本发明用于承压容器模拟试验。

摘要： 本发明公开了一种超高速撞击损伤区域特征强化方法，包括：提取缺陷的典型瞬态热响应；获得红外重构图像；对红外重构图像进行背景区域和缺陷区域的分离；在噪声去除、保留细节及保持边缘目的指导下构建红外图像分割函数；多目标优化算法结合分割模型在红外重构图像中对试件缺陷实现一次性分割；根据红外图像中的像素点到聚类中心的距离对像素点进行类别划分，得到红外检测图像中损伤缺陷的分割图像。本发明利用多目标优化理论进行红外重构图像中的缺陷分割，针对噪声问题和边缘模糊问题分别构造目标函数，提高损伤缺陷区域的分割精度，缺陷检测率高，误检率低，凸出强化了红外重构图像中的超高速撞击损伤缺陷区域，便于复杂缺陷的量化研究。

摘要： 本发明公开了一种大尺寸非平面试件超高速撞击损伤的红外热成像检测方法，首先分离出突显缺陷特征的损伤温度重构图像、最稳定极值区域快速检测并提取损伤特征点，生成损伤温度特征向量、降维；再粗匹配、采用构建的抗旋转缩放匹配算法建立三角形相似性假设剔除误匹配点对；通过优化RANSAC算法提取损伤温度重构图像的匹配点对，精确估计出仿射变换模型参数HT，实现图像拼接，得到拼接图像，考虑移动和角度变化会带来其红外重构图像的几何变换如旋转、缩放，进而构建了抗旋转缩放匹配算法用于剔除误匹配点对，同时，构建优化RANSAC算法提取匹配点对，这样，更好地获得了正确匹配损伤特征点，避免拼接图像出现畸变。

摘要： 本发明公开了一种超高速撞击损伤检测图像的分割识别方法，包括：提取每类缺陷的典型瞬态响应；获得红外重构图像；多目标优化算法结合分割模型对红外重构图像进行背景区域和缺陷区域的分离；在噪声去除、保留细节和保持边缘三种目的指导下构建红外图像分割函数；使用多目标优化算法结合分割模型在红外重构图像中对试件缺陷实现一次性分割，根据偏好来调整权重向量；对像素点进行类别划分，得到最后的分割图像。本发明利用多目标优化理论对红外重构图像中的撞击损伤区域进行分割，针对噪声问题和边缘模糊问题构造目标函数以提高分割的精度，缺陷检测率高，降低了误检率，有效提取出重构图像中的损伤缺陷区域，以便于复杂超高速撞击损伤的量化研究。