航天器防护结构特种材料模型研究与应用

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发表于 2022-4-21 16:56:23 | 显示全部楼层 |阅读模式
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雅宝题库答案
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雅宝题库解析:
近年来,航天器防护结构特种材料因其优异的微流星体/空间碎片防护性能而被广泛关注,因此需要对特种材料的超高速撞击力学特性进行深入的研究。特种材料的种类较多,性能复杂,少量的地面试验不能获得规律性的结果,所以将试验与数值仿真相结合是研究特种材料超高速撞击力学特性的最有效方法。本文以航天器防护结构中使用的特种材料为研究对象,采用理论分析、试验结果分析与数值建模等研究方法,对其超高速撞击力学特性进行研究,包括以下几个方面:(1)把特种材料分别按防护特性和结构形式进行分类,并结合国内外的撞击试验,对多种特种材料的基本性能和防护机理进行了论述,对其防护性能进行了定性比较和强弱排序。(2)把特种材料超高速撞击题目分解为三个技术题目:撞击侵彻题目的算法、几何结构的建模方法及材料模型的建模方法,并分别对这三个题目进行了论述,进而提出了特种材料超高速撞击力学特性数值仿真研究的框架。(3)提出了层合板类特种材料的数值建模方法,分析了层合板的超高速撞击力学特性,建立了Al弹丸超高速撞击Kevlar层合板的数值模型。为了解决数值模型仿真误差较大的题目,提出了基于连续响应面技术的特种材料模型参数识别方法,识别得到的参数可以大大降低撞击速度≤5km/s工况的仿真误差,但对撞击速度>5km/s工况的仿真误差改善不大。为了解决这个题目,引入状态方程进行仿真计算并提出了特种材料的材料模型自定义方法。最后对状态方程参数进行准确识别,可进一步降低全速度段工况数值模型的仿真误差。(4)提出了平纹织物类特种材料的数值建模方法,分析了平纹织物的超高速撞击力学特性,使用材料模型自定义方法编程实现了平纹织物的本构模型,建立了Al弹丸超高速撞击Nomex-Kevlar平纹织物的数值模型,对其失效准则参数的正确识别可显著提高仿真精度。对Nylon织物受到超高速撞击以及Kevlar填充式Whipple结构受到超高速撞击的两个工况进行数值建模,证明了本文提出的织物数值建模方法的通用性和优越性。最后对Al弹丸超高速撞击玄武岩特种材料填充式Whipple结构的工况进行数值建模,并提出了织物材料防护效能的定量评价方法,计算得到了玄武岩织物的防护效能。(5)提出了聚氨酯泡沫类特种材料的数值建模方法,分析了聚氨酯泡沫的超高速撞击力学特性,使用材料模型自定义方法编程实现了聚氨酯泡沫的本构模型,并建立了聚乙烯弹丸超高速撞击两种构型(构型1由Al前板和Vectran织物组成,构型2由Al前板、聚氨酯泡沫填充层和Vectran织物组成)的数值模型。仿真结果验证了本文建立的聚氨酯泡沫超高速撞击数值模型的正确性。对构型1和构型2的仿真结果数据进行比较分析,获得了聚氨酯泡沫的防护效能。





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