弹丸超高速撞击铝靶成坑数值模拟

张伟; 马文来; 马志涛; 庞宝君

doi:10.11858/gywlxb.2006.01.001

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弹丸超高速撞击铝靶成坑数值模拟

张伟 , 马文来 , 马志涛 , 庞宝君

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弹丸超高速撞击铝靶成坑数值模拟

1.
哈尔滨工业大学航天学院，黑龙江哈尔滨 150001

通讯作者: 张伟;

Numerical Simulation of Craters Produced by Projectile Hypervelocity Impact on Aluminum Targets

1.
School of Astronautics, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China

Corresponding author: ZHANG Wei

摘要: 低地球轨道的各类航天器易受到微流星体及空间碎片的超高速撞击，损伤航天器飞行关键系统，进而导致航天器发生灾难性的失效。微流星体及空间碎片防护结构设计，是航天器设计的一个重要问题。采用AUTODYN软件进行了弹丸超高速正撞击及斜撞击铝靶成坑的数值模拟，给出了二维及三维模拟结果。研究了弹丸密度、弹丸形状、板厚度、弹丸速度、弹丸直径和弹丸撞击入射角等对靶成坑的影响。模拟结果同实验结果进行了比较，模拟的成坑形状和特征尺寸同实验相吻合。验证了数值模拟方法的有效性。
- 航天器 /
- 空间碎片 /
- 超高速撞击 /
- 数值模拟
Abstract: All spacecrafts in low orbit are subject to hypervelocity impacts by meteoroids and space debris. These impacts can damage spacecraft flight-critical systems, which can in turn lead to catastrophic failure of the spacecraft. In order to ensure the astronauts safety and spacecraft normal operation, the design of meteoroids and space debris protection configuration become an important problem of spacecraft design. The numerical simulation of craters produced by projectile hypervelocity impact on aluminum targets at normal and oblique angles have been carried out using the AUTODYN hydro-codes in this paper. The results using two and three-dimensional simulations are given. The effect of projectile density, shapes, target thickness, projectile diameter, impact velocity and angles etc. on crater has been investigated. The simulation results are compared with experimental results, and the simulated crater shapes and characteristic sizes are consistent very well with experimental results. The validation of numerical simulation method has been verified.
- spacecraft /
- space debris /
- hypervelocity impact /
- numerical simulation

[1]	Min G R, Xiao M X. Reliability Design of Spacecraft Module Wall against Meteoroid Perforation [J]. Chinese Space Science and Technology, 1986, (6): 45-48. (in Chinese)
[2]	闽桂荣, 肖名鑫. 防止微流星击穿航天器舱壁的可靠性设计 [J]. 中国空间科学技术, 1986, (6): 45-48.
[3]	Zhang W, Pang B J, Zou J X, et al. Meteoroid and Space Debris Shielding Concepts for Spacecraft [J]. Journal of Harbin Institute of Technology, 1999, 32(2): 18-22. (in Chinese)
[4]	张伟, 庞宝君, 邹经湘, 等. 航天器微流星体及空间碎片防护方案 [J]. 哈尔滨工业大学学报, 1999, 32(2): 18-22.
[5]	Christiansen E L. Enhanced Meteoroid and Orbital Debris Shielding [J]. Int J Impact Eng, 1995, 17: 217-228.
[6]	Gehring J W. Engineering Considerations [A]. //Kinslow R. High-Velocity Impact Phenomena [C]. New York: Academic Press, 1970: 463-512.
[7]	Hayashida K B, Robinson J H. Single Wall Penetration Equations [R]. NASA-CR 3190, 1983: 8-12.
[8]	Christiansen E L, Cykowski E, Ortega J. Highly Oblique Impact into Thick and Thin Targets [J]. Int J Impact Eng, 1993, 14: 157-168.
[9]	Hayhurst C J, Ranson H J, Gardner D J, et al. Modelling of Micro-Particle Hypervelocity Oblique Impacts on Thick Targets [J]. Int J Impact Eng, 1995, 17: 375-386.
[10]	AUTODYN Users Manual Revision 4. 3 [CP]. San Ramon, CA94583 USA: Century Dynamics, Incorporated, 2003.

[1]	张伟 , 庞宝君 , 贾斌 , 曲焱喆 . 弹丸超高速撞击防护屏碎片云数值模拟. 高压物理学报, 2004, 18(1): 47-52 . doi: 10.11858/gywlxb.2004.01.009
[2]	盖芳芳 , 庞宝君 , 管公顺 . 空间碎片超高速撞击压力容器碎片云特性数值模拟研究. 高压物理学报, 2009, 23(3): 223-228 . doi: 10.11858/gywlxb.2009.03.010
[3]	贾斌 , 马志涛 , 庞宝君 . 含泡沫铝防护结构的超高速撞击数值模拟研究. 高压物理学报, 2009, 23(6): 453-459 . doi: 10.11858/gywlxb.2009.06.009
[4]	迟润强 , 管公顺 , 庞宝君 , 张伟 , 唐颀 . 碎片云动量特性数值仿真研究. 高压物理学报, 2009, 23(1): 59-64 . doi: 10.11858/gywlxb.2009.01.010
[5]	刘先应 , 盖芳芳 , 李志强 , 王志华 . 锥形弹丸超高速撞击防护屏的碎片云特性参数研究. 高压物理学报, 2016, 30(3): 249-257. doi: 10.11858/gywlxb.2016.03.011
[6]	唐蜜 , 柏劲松 , 李平 , 张展冀 . 超高速撞击中影响碎片云形状因素分析. 高压物理学报, 2007, 21(4): 425-432 . doi: 10.11858/gywlxb.2007.04.016
[7]	徐坤博 , 龚自正 , 侯明强 , 郑建东 , 杨继运 . 基于特征长度的非球形弹丸超高速撞击碎片云特性研究. 高压物理学报, 2012, 26(1): 7-17. doi: 10.11858/gywlxb.2012.01.002
[8]	盖芳芳 , 庞宝君 , 管公顺 . 超高速撞击充气压力容器二次碎片减速运动建模研究. 高压物理学报, 2012, 26(2): 177-184. doi: 10.11858/gywlxb.2012.02.009
[9]	苗常青 , 徐铧东 , 靳广焓 , 孙甜甜 , 祖振南 . 纤维编织材料超高速撞击特性实验研究. 高压物理学报, 2019, 33(2): 024203-1-024203-7. doi: 10.11858/gywlxb.20180654
[10]	郑伟 , 庞宝君 , 彭科科 , 林敏 , 傅翔 . 超高速正撞击溅射物实验与仿真研究. 高压物理学报, 2012, 26(6): 621-626. doi: 10.11858/gywlxb.2012.06.004
[11]	张品亮 , 龚自正 , 曹燕 , 李宇 , 徐坤博 , 牟永强 , 武强 , 宋光明 . 超高速撞击下47Zr45Ti5Al3V合金的宏观与微观响应行为. 高压物理学报, 2017, 31(3): 231-238. doi: 10.11858/gywlxb.2017.03.004
[12]	张伟 , 管公顺 , 贾斌 , 庞宝君 . 弹丸形状对超高速撞击厚合金铝靶成坑影响数值模拟. 高压物理学报, 2008, 22(4): 343-349 . doi: 10.11858/gywlxb.2008.04.002
[13]	栗建桥 , 宋卫东 , 宁建国 . 超高速撞击产生的等离子体特性研究. 高压物理学报, 2013, 27(4): 542-548. doi: 10.11858/gywlxb.2013.04.012
[14]	宋卫东 , 栗建桥 , 刘海燕 . 超高速撞击下钛基复合材料动力学行为研究. 高压物理学报, 2011, 25(5): 435-443 . doi: 10.11858/gywlxb.2011.05.009
[15]	盖芳芳 , 庞宝君 , 管公顺 . 空间碎片超高速撞击充气压力容器前壁准静态破坏分析. 高压物理学报, 2011, 25(1): 48-54 . doi: 10.11858/gywlxb.2011.01.008
[16]	庞宝君 , 张凯 , 林敏 , 刘源 . 碎片云超高速撞击声发射信号特征分析. 高压物理学报, 2014, 28(6): 664-670. doi: 10.11858/gywlxb.2014.06.004
[17]	郝伟江 , 龙仁荣 , 张庆明 , 陈利 , 龚自正 . 球形弹丸超高速撞击靶板时背表面材料破碎的数值模拟分析. 高压物理学报, 2019, 33(2): 024102-1-024102-7. doi: 10.11858/gywlxb.20180651
[18]	管公顺 , 张伟 , 庞宝君 , 哈跃 . 铝球弹丸高速正撞击薄铝板穿孔研究. 高压物理学报, 2005, 19(2): 132-138 . doi: 10.11858/gywlxb.2005.02.006
[19]	管公顺 , 哈跃 , 庞宝君 . 铝球弹丸超高速斜撞击薄铝板特性研究. 高压物理学报, 2007, 21(4): 347-353 . doi: 10.11858/gywlxb.2007.04.003
[20]	哈跃 , 刘志勇 , 管公顺 , 庞宝君 . 玄武岩纤维布超高速撞击损伤分析. 高压物理学报, 2012, 26(5): 557-563. doi: 10.11858/gywlxb.2012.05.012

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弹丸超高速撞击铝靶成坑数值模拟

通讯作者: 张伟;

1. 哈尔滨工业大学航天学院，黑龙江哈尔滨 150001

收稿日期: 2004-12-05
录用日期: 2005-01-18
网络出版日期: 2006-03-05

关键词:

摘要: 低地球轨道的各类航天器易受到微流星体及空间碎片的超高速撞击，损伤航天器飞行关键系统，进而导致航天器发生灾难性的失效。微流星体及空间碎片防护结构设计，是航天器设计的一个重要问题。采用AUTODYN软件进行了弹丸超高速正撞击及斜撞击铝靶成坑的数值模拟，给出了二维及三维模拟结果。研究了弹丸密度、弹丸形状、板厚度、弹丸速度、弹丸直径和弹丸撞击入射角等对靶成坑的影响。模拟结果同实验结果进行了比较，模拟的成坑形状和特征尺寸同实验相吻合。验证了数值模拟方法的有效性。