基于泡沫金屬材料的新型填充式防護結(jié)構(gòu)撞擊特性研究.pdf

1、航天事業(yè)的迅速發(fā)展，給人類帶來了巨大的經(jīng)濟效益。同時，也產(chǎn)生了大量的空間碎片。這些空間碎片嚴重威脅著在軌航天器的安全運行。毫米級的空間碎片由于體積太小并且數(shù)量太多，只能采取被動的防護手段。研究輕質(zhì)、高效且具有優(yōu)良防護性能的航天器防護結(jié)構(gòu)越來越受到人們的重視。
　　通過超高速撞擊試驗研究比較了泡沫鋁填充結(jié)構(gòu)和夾層結(jié)構(gòu)的防護性能，同時研究比較了純鋁基泡沫與鋁硅合金基泡沫結(jié)構(gòu)的防護性能，實驗結(jié)果表明在速度范圍2.6-6.3km/s內(nèi)填充

2、結(jié)構(gòu)的防護效果優(yōu)于夾層結(jié)構(gòu)，在速度范圍3.0-5.0km/s內(nèi)，整體上面密度相當?shù)匿X硅合金基泡沫結(jié)構(gòu)的防護能力要稍強于純鋁基泡沫結(jié)構(gòu)。通過撞擊試驗和數(shù)值仿真研究了影響泡沫鋁填充結(jié)構(gòu)防護性能的因素——防護結(jié)構(gòu)布局、泡沫鋁孔隙率、平均孔徑。選擇3種孔隙率的泡沫鋁——50％、60%、70%，通過改變泡沫金屬的厚度使其具有相同面密度，建立了3種泡沫鋁填充結(jié)構(gòu)和2種填充實心鋁板結(jié)構(gòu)，使這些結(jié)構(gòu)的防護結(jié)構(gòu)面密度都約為0.55g/cm2。超高速撞擊試

3、驗的速度約為2.0km/s和4.0km/s。實驗結(jié)果表明泡沫鋁填充結(jié)構(gòu)的防護效果優(yōu)于填充實心鋁板結(jié)構(gòu)，并得到了防護效果好的結(jié)構(gòu)；實驗結(jié)果表明在速度為2.0km/s時3種孔隙率的泡沫鋁填充式結(jié)構(gòu)的防護效果相當，速度為4.0km/s孔隙率為70%的泡沫鋁填充式結(jié)構(gòu)的防護效果稍好。泡沫鋁的平均孔徑選擇了0.5mm、1.0mm、2.5mm三種，仿真了低速（2.0km/s）、高速（6.0km/s）的工況，泡沫鋁平均孔徑為0.5mm的填充結(jié)構(gòu)的后板

4、損傷最小，防護效果最好。
　　對鋁硅合金基、AL7075-T651基、鈦基3種不同基體材料的泡沫金屬進行了數(shù)值仿真研究，在低速（2.0km/s）時，AL7075-T651基泡沫填充式結(jié)構(gòu)優(yōu)于鈦基泡沫填充式結(jié)構(gòu)的防護效果，且二者均優(yōu)于鋁硅合金基泡沫填充式結(jié)構(gòu)；在4.0km/s時，鈦基泡沫填充式結(jié)構(gòu)防護效果稍好；在高速（6.0-8.0km/s）時鋁硅合金基泡沫填充式結(jié)構(gòu)的防護效果好于另外兩種。對鎳基泡沫填充式結(jié)構(gòu)與鋁硅合金基泡沫填充式