微孔莫来石泡沫陶瓷超高速撞击损伤及防护特性研究

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1、硕士学位论文微孔莫来石泡沫陶瓷超高速撞击损伤及防护特性研究THEDAMAGECHARATERISTICSANDBALLISTICPROTECTIONPERFOMRNCEOFMICRO-POROUSMULLITEBYHYPERVELOCITYIMPACTING刘飞哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：V432.4学校代码：10213国际图书分类号：531密级：公开工学硕士学位论文微孔莫来石泡沫陶瓷超高速撞击损伤及防护特性研究硕士研究生：刘飞导师：庞宝君教授申请学位：工学硕士学科：航空宇航科学与技术所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：

2、哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V432.4U.D.C:531DissertationfortheMaster'sDegreeinEngineeringTHEDAMAGECHARATERISTICSANDBALLISTICPROTECTIONPERFOMRNCEOFMICRO-POROUSMULLITEBYHYPERVELOCITYIMPACTINGCandidate：LiuFeiSupervisor：Prof.PangBaojunAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：A

3、eronauticalandAstronauticalScienceandTechnologyAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学硕士学位论文摘要针对毫米级及更小尺寸空间碎片的超高速撞击威胁，发展被动防护技术是保护航天器在轨安全运行的有效手段。目前，探索新型防护材料在空间碎片防护结构中的应用是本领域的研究热点之一。微孔莫来石泡沫陶瓷密度低，对冲击能量具有良好

4、的耗散作用，具备成为优良防护材料的潜质。本文采用超高速撞击地面实验的方法，对微孔莫来石泡沫陶瓷和基于微孔莫来石泡沫陶瓷的防护结构进行了超高速撞击损伤及防护特性研究，研究结果可为航天器防护结构的工程设计提供参考。首先，针对微孔莫来石泡沫陶瓷厚板，开展了不同撞击参数下的超高速撞击实验研究。分析了微孔莫来石泡沫陶瓷厚板在铝合金弹丸撞击下的损伤形貌与特性，结合铝合金球形弹丸的损伤特性，初步阐述了微孔莫来石泡沫陶瓷厚板的损伤和防护机理。微孔莫来石泡沫陶瓷在弹丸超高速撞击下造成类纺锤型空腔损伤，空腔的深度和直径分别随着弹丸速度的增加而降低和增加，其中空腔的深度存在一个

5、极值。球形铝合金弹丸在超高速撞击过程中，随着速度增加，依次发生塑性变形、破碎等现象，有助于提高微孔莫来石泡沫的防护能力。其次，针对以微孔莫来石泡沫陶瓷为前板，铝合金为后板的MPM-AL防护结构，开展了不同撞击参数、前板厚度和前后板结合方式下的超高速撞击实验研究。分析了结构在铝合金弹丸撞击下的损伤形貌与特点，结合铝合金球形弹丸的损伤特性，初步阐述了结构的损伤和防护机理。结构在弹丸超高速撞击下，造成前板类圆锥或圆锥-圆柱型穿孔损伤和后板成坑、鼓包或穿孔损伤。球形铝合金弹丸在超高速撞击过程中，发生塑性变形、破碎等现象，随着弹丸速度和前板厚度的增加，弹丸损伤程度加

6、重，有利于结构对撞击弹丸的防护。前后板非贴合连接，有助于提高结构的防护能力。最后，针对以微孔莫来石泡沫陶瓷为填充层，铝合金为防护屏和后板的填充Whipple防护结构，开展了不同撞击参数、填充层厚度和层间距（填充层距后板距离）下的超高速撞击实验研究。分析了该填充结构在铝合金弹丸撞击下的损伤形貌与特点，结合铝合金球形弹丸的损伤特性，初步阐述了结构的损伤和防护机理。填充结构在弹丸超高速撞击下，造成防护屏和填充层穿孔损伤及后板成坑、鼓包或穿孔损伤。球形铝合金弹丸在超高速撞击过程中，发生塑性变形、破碎等现象，随着弹丸速度和填充层厚度的增加，弹丸损伤程度加重，有利于结

7、构对撞击弹丸的防护。填充层和后板非贴合固定连接，有助于提高结构的防护能力。层间距存I哈尔滨工业大学硕士学位论文在一个最佳距离使得结构的防护性能最优。作为填充材料，微孔莫来石泡沫陶瓷的防护性能与Nextel/Kevlar相当。关键词：空间碎片；超高速撞击；微孔泡沫陶瓷；莫来石；防护特性II哈尔滨工业大学硕士学位论文AbstractForthethreatofmillimeter-sizedandsmallerspacedebris'hypervelocityimpact,thedevelopmentofpassiveprotectiontechnologyi

8、saneffectivemeanstoprotectthesafe