高速撞擊下16Mn鋼管防護結構的損傷分析及評估

     航天器在軌運行安全受到嚴重威脅,高速撞擊下16Mn鋼管防護結構的損傷分析及評估方法研究隨著空間環境的日益惡化.空間碎片的不斷增長導致航天器被撞擊概率增大,提升航天器自身防護能力變得十分重要。對于航天器防護結構而言,表征防護能力的標準主要采用彈道極限方程,目前防護結構的彈道極限研究大多采用實驗方法,根據實驗數據擬合得到彈道極限方程。由于實驗方法需進行大量實驗,且不能較好解釋高速撞擊的深層次物理過程,本文從能量角度提出一個評估防護結構性能的方法

,針對以16Mn鋼管為代表的金屬材料及以玄武巖纖維布為代表的編織材料,研究了各自作為防護前屏時的吸能特性,并根據單層板的能量損傷判別建立了雙層結構以及多層結構的評估方法。首先,針對單層板的現有研究結論,提出了單層靶板高速撞擊臨界失效動能這一概念,認為單層板的臨界破壞由入射彈丸的初始動能決定,并通過實驗測得一個直徑下的彈丸臨界失效動能。為驗證不同直徑彈丸撞擊同一單層靶板臨界失效動能的一致性,本文采用不同直徑彈丸進行了高速撞擊驗證實驗,并得到滿意結果。其次,本文研究了16Mn鋼管板及玄武巖纖維布在彈丸撞擊過程中的耗能特性,用于研究16Mn鋼管的方法可以推廣到金屬材料,用于研究玄武巖纖維布的方法可以推廣到編織材料?；谀芰亢纳⒌难芯勘砻?彈道段高速撞擊下,16Mn鋼管防護屏對彈丸能量的消耗主要由鋁屏剝離部分質量引起,玄武巖纖維布對彈丸能量的消耗主要由穿透過程的做功引起。破碎段內,基于本文提出的臨界失效動能判別方法,證明了鋁雙層板結構破碎段彈道極限曲線近似為直線。最后,針對以鋁板及玄武巖纖維布組成的兩種不同形式的組合防護結構,依據本文提出的臨界失效動能判別方法,給出了上述兩種結構高速撞擊防護性能的評價,并在彈道區間內進行了實驗驗證,實驗結果與理論預測表現一致。本文基于單層靶板臨界失效動能判別方法,并通過研究不同防護屏的能量吸收特性,可以由單層板向雙層及多層結構過渡,可為航天器防護結構設計提供新的思路。

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