• ISSN 1001-1455  CN 51-1148/O3
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球形弹丸正撞击薄板防护屏碎片云特性研究
张永强, 管公顺, 张伟, 庞宝君
2007, 27(6): 546-552. doi: 10.11883/1001-1455(2007)06-0546-07
以质量、动量和能量守恒为基础,结合平面激波理论和热力学理论,对球形铝弹丸正撞击薄板铝防护屏形成的碎片云特性进行了建模,模型计算结果与实验结果吻合较好。利用该模型对多种工况下碎片云特性进行了计算,结果表明:(1)碎片云质心速度和膨胀速度随撞击速度和弹丸直径的增加而增大,随防护屏厚度增大而减小;膨胀半角随撞击速度和防护屏厚度的增大而增大,随弹丸直径的增大而减小;(2)速度和膨胀半角变化曲线具有相似性;(3)对于给定的弹丸和防护屏材料,碎片云中受到激波加载部分的材料各相态质量分数只与弹丸撞击速度有关。这些规律与实验规律吻合。
关键词: 爆炸力学, 碎片云, 超高速撞击, 空间碎片
JH-2模型及其在Al2O3陶瓷低速撞击数值模拟中的应用
杨震琦, 庞宝君, 王立闻, 迟润强
2010, 30(5): 463-471. doi: 10.11883/1001-1455(2010)05-0463-09
利用现有文献数据以及实验与数值模拟结合的方法得到了Al2O3陶瓷的Johnson-HolmquistⅡ (JH2)本构模型参数,并且基于这种含损伤的动态本构模型,采用LS-DYNA 显式有限元软件对Al2O3陶瓷 在低速撞击下的破碎过程进行了数值模拟,再现了试件的损伤演化与动态破碎过程。结果表明,Al2O3陶瓷 在冲击载荷作用下,主要呈轴向劈裂状破坏;随着输入压缩波加载时间的减小,试件的破碎程度加剧;利用 JH-2模型对Al2O3陶瓷在SHPB实验中的动态损伤演化过程的模拟结果与实验回收试件的破碎模式基本一 致,从而验证了JH-2模型在模拟低速撞击下陶瓷动态破碎过程的有效性和可行性。
关键词: 固体力学, JH-2模型, 动态破碎, Al2O3陶瓷
球形弹丸超高速正撞击薄板破碎状态实验研究
迟润强, 庞宝君, 何茂坚, 管公顺, 杨震琦, 朱耀
2009, 29(3): 231-236. doi: 10.11883/1001-1455(2009)03-0231-06
利用闪光X射线照相系统拍摄了直径6.35 mm的铝球以2.23~5.26 km/s的速度正撞击薄铝板的过程并对该过程进行了分析,研究了弹丸从塑性变形到完全破碎的发展过程。给出了球形弹丸内部应力波传播的定性描述,提出弹丸形态变化包括3个阶段。在塑性变形阶段,弹丸变形随撞击速度和板厚的增大而增大;弹丸主体部分发生临界破碎时的撞击速度随薄板厚度增大而减小,当板厚超过一定值时,该速度基本相同,不受板厚影响;在完全破碎阶段,随撞击速度的增加,弹丸主体部分材料的径向速度增大,碎片尺寸减小,数量增多。
关键词: 爆炸力学|超高速撞击|闪光X射线照相|弹丸, 空间碎片
非球弹丸超高速撞击航天器防护结构数值模拟
张伟, 马文来, 管公顺, 庞宝君
2007, 27(3): 240-245. doi: 10.11883/1001-1455(2007)03-0240-06
采用AUTODYN软件对非球弹丸超高速正撞击航天器单防护屏防护结构进行了数值模拟,给出了2维及3维模拟的结果。研究了在相同质量和速度的条件下,不同形状弹丸长径比、撞击方向等对超高速撞击防护结构所产生碎片云特性及舱壁损伤尺寸的影响,并与球形弹丸撞击所产生的碎片云及舱壁损伤进行了比较。结果表明:弹丸的长径比越大,弹丸的穿孔能力越强;非球弹丸的撞击方向不同,所产生的碎片云形状、质量分布、破碎的程度和穿孔的能力是不同的。
关键词: 固体力学, 形状效应, 数值模拟, 航天器, 空间碎片, 超高速撞击
铝合金Whipple防护结构高速撞击实验研究
管公顺, 庞宝君, 哈跃, 张伟
2005, 25(5): 461-466. doi: 10.11883/1001-1455(2005)05-0461-06
为了掌握航天器防护结构受空间碎片高速撞击的损伤破坏模式及其防护性能,采用二级轻气炮发射球形弹丸,对铝合金Whipple防护结构进行高速撞击实验研究。根据实验结果分析了铝合金Whipple防护结构的防护屏和舱壁在不同速度区间的损伤模式特征,以及薄铝板防护屏高速撞击穿孔和舱壁弹坑分布随弹丸直径、弹丸撞击速度变化的规律。通过固定弹丸直径,改变弹丸撞击速度,寻找临界撞击速度的方法获得了铝合金Whipple防护结构在0.5~5.5 km/s撞击速度区间内的撞击极限曲线,并与由Christiansen撞击极限方程得到的撞击极限曲线进行了比较,结果表明,实验最小临界弹丸直径略大于预测值。
关键词: 爆炸力学, 损伤模式, 高速撞击, Whipple防护结构, 撞击极限曲线
防护板尺寸对Whipple防护结构撞击损伤影响的实验研究
哈跃, 管公顺, 庞宝君, 张伟
2008, 28(1): 10-16. doi: 10.11883/1001-1455(2008)01-0010-07
通过高速撞击实验,探讨了采用小尺寸防护板的可行性。实验中采用的Whipple结构由尺寸变化的1 mm厚防护板(前板)和尺寸固定的3 mm厚舱壁板(后板)组成,防护板与舱壁板间隔10 cm。防护板为边长分别为8、12、16和20 cm的方形2A12铝合金板,舱壁板为边长为20 cm的方形5A06铝合金板。实验过程中均采用直径为4 mm的铝合金球形弹丸,撞击速度为1.45~1.71 km/s。实验结果表明:Whipple防护结构在舱壁板被击穿的概率大于0.8的条件下和击穿概率为0的条件下的极限速度以及舱壁板临界击穿条件下的速度都与防护板尺寸无关;并且,防护板前后表面击穿孔的直径及击穿孔侧壁的倾斜角也与防护板尺寸无关;但是,在速度相同的条件下随着板尺寸的增大,防护板板面的最大挠度增大,而且,防护板挠曲面的凸凹方向也由单一的凹向变成凸凹方向交替出现;随着速度的增加和板尺寸的增大,防护板最大挠度的增量减小。
关键词: 爆炸力学, 尺寸效应, 高速撞击, Whipple防护结构, 空间碎片
5A06铝合金的动态本构关系实验
林木森, 庞宝君, 张伟, 迟润强
2009, 29(3): 306-311. doi: 10.11883/1001-1455(2009)03-0306-06
运用材料试验机和分离式霍普金森压杆装置(SHPB)对3种不同加工及热处理状态的5A06铝合金在常温~500 C、应变率为10-4~103 s-1 下的力学行为进行了实验研究。基于Johnson-Cook (JC) 本构模型,通过实验数据拟合得到了每种状态下材料的本构模型参量。对Johnson-Cook本构模型中的应变率强化项作了修正,修正后的Johnson-Cook本构模型与实验数据基本吻合,从而确立了3种状态下5A06铝合金的动态本构关系。
关键词: 固体力学, 动态本构关系, 霍普金森压杆, 5A06铝合金, Johnson-Cook本构模型