玄武岩及kevlar纤维填充式防护结构超高速撞击性能研究

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1、硕士学位论文玄武岩及Kevlar纤维填充式防护结构超高速撞击性能研究RESEARCHONHYPERVELOCITYIMPACTPERFORMANCEOFSHIELDINGSTUCTURESTUFFEDWITHBASALTANDKEVLARFIBER祖士明哈尔滨工业大学2013年7月中图分类号：V423.41;O347学校代码：10213UDC：531密级：公开工学硕士学位论文玄武岩及Kevlar纤维填充式防护结构超高速撞击性能研究硕士研究生：祖士明导师：哈跃副教授申请学位：工学硕士学科：固体力学所在单位：航天学院答辩日期：201

2、3年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V423.41;O347U.D.C:531DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONHYPERVELOCITYIMPACTPERFORMANCEOFSHIELDINGSTUCTURESTUFFEDWITHBASALTANDKEVLARFIBERCandidate：ZuShimingSupervisor：Asso.Prof.HaYueAcademicDegreeAppliedfor：MasterofE

3、ngineeringSpeciality：SolidMechanicsAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：July,2013Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要随着航天事业的发展，空间碎片有了爆炸式的增长，其已经成为航天器安全运行的最大威胁。因此，对航天器防护结构的研究已经成为了包括中国在内的航天大国所面临的主要问题。本文以航天器防护结构为工程应用背景，以国产玄武岩纤维布作为主要研究对象，

4、采用超高速撞击地面模拟试验和数值仿真相结合的方法，系统研究了填充材料以及纤维前置对填充式防护结构防护性能的影响。主要研究工作包括：首先，研究了填充材料对填充式防护结构防护性能的影响。研究结果表明，玄武岩/Kevlar填充式防护结构（B方案）的防护性能要优于全玄武岩填充式防护结构（A方案）。其次，研究了纤维前置对填充式防护结构防护性能的影响。研究结果表明，前置玄武岩纤维填充式防护结构（C方案）的防护性能与玄武岩/Kevlar填充式防护结构（B方案）整体相当，优于其他三种防护结构方案。最后，使用不同直径的球形弹丸和不同长径比的柱形弹

5、丸、以不同的速度对玄武岩/Kevlar纤维填充式防护结构进行超高速撞击数值仿真分析。研究结果表明，在同等速度下，长径比大于1.0的柱形弹丸对结构造成的损伤比同等重量的球形弹丸要严重；在低速区间段，长径比小于1.0的柱形弹丸，对结构造成的损伤比同等重量的球形弹丸轻微，而在高速区间段对结构造成的损伤要比同等重量的球形弹丸严重；对于柱形弹丸，在低速区间段的同一速度下，对结构造成的损伤随长径比的增加而加重；在高速区间段的同一速度下，长径比大于1.0时，结构的损伤程度随长径比的增加而加重，长径比小于1.0时，结构的损伤随长径比的减小而加重

6、。关键词：玄武岩纤维；填充式防护结构；超高速撞击；防护性能；数值仿真IAbstractAbstractWiththedevelopmentofAeronautics,spacedebrishaveexplosivegrowth,ithasbecomethegreatestthreattothesafeoperationofspacecraft.Therefore,researchonthespacecraftprotectionstructurehasbecomethemainproblemofthespacepowersinc

7、ludingChinafacing.Ouressayusethespacecraftprotectionstructureastheengineeringapplicationbackground,withdomesticcontinuousbasaltfiberasthemainresearchobject,usingthemethodofhypervelocityimpactsimulationtestandnumericalsimulationcombined,doingsystematicresearchonthepre

8、ventingeffectoftheprotectivepropertiesofthefillingmaterialsandfiberfrontofstuffedWhippleshield.Themainresearchworksinclude:Firstofa