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非球形弹丸与球形弹丸超高速碰撞差异比较研究

作　者: 徐峰
导　师: 王乘
学　校: 华中科技大学
专　业: 工程力学
关键词: 超高速撞击 SPH 碎片云差异
分类号: O347.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 22次
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内容摘要

随着航天事业的快速发展,空间碎片日益增多,严重威胁着人类的航天活动。空间碎片多种多样,基于球形弹丸的空间防护设计是不可靠的。因此,必须研究哑铃型、瓦片型、四面体型、八面体型等弹丸超高速撞击防护板的损伤和破坏规律,分析非球形弹丸和球形弹丸超高速撞击防护板后在特征长度、特征速度、特征质量、前板损失特征、后板损伤特征方面的差距,为空间防护结构设计提供依据和参考。本文主要内容如下:首先,介绍了碎片云形成的物理过程,描述了碎片云的结构和形态,总结了前人研究的前板的穿孔规律。对SPH(光滑粒子流体动力学方法)算法的基本原理进行了介绍,对流体力学控制方程组进行离散。确定了用来模拟超高速碰撞的材料模型为John-cook模型,状态方程为Mie-Gruneisen状态方程,并对其参数的有效性进行验证,结果表明,仿真结果与实验结果在误差允许的范围内吻合得很好。之后介绍了程序编制弹丸模型的方法,确定了数值模拟方案。其次,分析了非球形弹丸和球形弹丸超高速正撞击防护板的特性,详细讨论了碎片云特征长度、特征速度、特征质量、前板损失特征、后板损伤特征随前板厚度、碰撞速度、板间距的变化规律,并拟合得到了相关的经验公式。确定了非球形弹丸在碎片云特征长度、特征速度、特征质量、前板损失特征、后板损伤特征与球形弹丸之间的差距。最后,分析了非球形弹丸和球形弹丸超高速斜撞击防护板特性,详细讨论了碎片云特征长度、特征速度、前板损伤特征、后板损伤特征随碰撞角度的变化规律。确定了非球形弹丸在碎片云特征长度、特征速度、前板损伤特征、后板损伤特征与球形弹丸之间的差距。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-12
  1.1 研究背景  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-11
  1.3 主要研究内容和方法  11-12
2 超高速碰撞特征  12-15
  2.1 碎片云形成的物理过程  12
  2.2 碎片云的结构与形态  12-13
  2.3 前板的破坏特征  13-14
  2.4 后板的破坏特征  14
  2.5 本章小结  14-15
3 超高速撞击数值模拟方案  15-24
  3.1 引言  15
  3.2 SPH 算法基本原理  15-16
  3.3 流体力学控制方程组的离散  16-18
  3.4 材料模型及状态方程  18-19
  3.5 数值模拟有效性验证  19-22
  3.6 弹丸模型介绍  22-23
  3.7 数值模拟方案  23
  3.8 本章小结  23-24
4 超高速正撞击差异比较  24-54
  4.1 引言  24
  4.2 特征长度差异比较  24-30
  4.3 特征速度差异比较  30-36
  4.4 特征质量差异比较  36-40
  4.5 前板损伤特征差异比较  40-44
  4.6 后板损伤特征差异比较  44-53
  4.7 本章小结  53-54
5 超高速斜撞击差异比较  54-65
  5.1 引言  54
  5.2 特征长度差异比较  54-58
  5.3 特征速度差异比较  58-59
  5.4 前板损伤特征差异比较  59-61
  5.5 后板损伤特征差异比较  61-63
  5.6 本章小结  63-65
结论  65-67
致谢  67-68
参考文献  68-72

非球形弹丸与球形弹丸超高速碰撞差异比较研究

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