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主管单位 中华人民共和国
工业和信息化部
主办单位 中国材料研究学会
哈尔滨工业大学
主编 苑世剑 国际刊号ISSN 1005-0299 国内刊号CN 23-1345/TB

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引用本文:贾斌,马志涛,张伟,庞宝君.泡沫铝防护屏的Whipple防护结构弹道极限数值模拟研究[J].材料科学与工艺,2010,18(3):368-372.DOI:10.11951/j.issn.1005-0299.20100316.
JIA Bin,MA Zhi-tao,ZHANG Wei,PANG Bao-jun.Numerical simulation investigation in ballistic limit of Whipple shield structure with Al-foam bumperb[J].Materials Science and Technology,2010,18(3):368-372.DOI:10.11951/j.issn.1005-0299.20100316.
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泡沫铝防护屏的Whipple防护结构弹道极限数值模拟研究
贾斌1, 马志涛2, 张伟1, 庞宝君1
1.哈尔滨工业大学航天学院;2.清华大学航天航空学院
摘要:
为研究泡沫铝板作为防护屏的Whipple防护结构抵御空间碎片超高速撞击的特性,模仿泡沫金属的生产原理建立了泡沫金属细观结构几何模型,结合自编的光滑质点流体动力学程序进行了超高速撞击数值仿真,通过与实验对比验证了模型的有效性.分别对相对密度为23.2%的理想均匀和非均匀开孔泡沫铝板作为防护屏的Whipple防护结构进行了数值仿真,得到了它们的弹道极限曲线,并与实心铝板作为防护屏的Whipple防护结构进行了对比分析.结果表明,相同面密度的泡沫铝板相对于实心铝板能够在更低的速度上将弹丸粉碎、液化及气化.泡沫铝板作为防护屏,在总体上拥有更好的防护性能;相同面密度的理想均匀泡沫铝板的防护性能总体上优于非均匀泡沫铝板.
关键词:  泡沫铝  Whipple防护  SPH  弹道极限  空间碎片
DOI:10.11951/j.issn.1005-0299.20100316
分类号:V445.1
基金项目:中国空间技术研究院创新基金资助项目(CAST200723)
Numerical simulation investigation in ballistic limit of Whipple shield structure with Al-foam bumperb
JIA Bin1, MA Zhi-tao2, ZHANG Wei1, PANG Bao-jun1
1.School of Astronautics,Harbin Institute of Technology,Harbin 150080,China;2.School of Aerospace,Tsinghua University,Beijing 100084,China
Abstract:
In order to research the characteristic of Whipple shield subjected to hypervelocity impact of space debris using Al-foam plate as bumper,a microstructure model of geometry for metallic foams was set up simulating their manufacturing process.Hypervelocity impact numerical simulations were conducted by self-programmed Smooth Particle Hydrodynamics and the model is validated by comparison with experimental results.The ballistic limit curves of Whipple shields were obtained numerically using uniform and non-uniform opencell Al-foam plate as bumper respectively.The relative density of foams is 23.2% and their ballistic limit curves were compared with that of Whipple shield with solid Al-plate bumper.The results indicated that Alfoam can fragmentate,liquefy or even gasify projectile at lower velocities than Al-plate under the same areal density.Al-foam bumpers have better shield performance than Al-plate as a whole.The shield performance of uniform Al-foam bumper is better than that of non-uniform one on the whole under the same areal density.
Key words:  Aluminum foam  Whipple shield  SPH  ballistic limit  space debris

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