弹丸侵彻钢板夹层钢纤维混凝土遮弹板数值模拟

为研究钢板夹层钢纤维混凝土遮弹板抗侵彻性能,利用ANSYS/LS-DYNA3D有限元计算软件,数值模拟了高速弹丸撞击钢板夹层钢纤维混凝土遮弹板的过程,得到了弹丸侵彻靶板的速度、加速度变化曲线。通过分析不同弹速产生的弹丸速度及加速度的变化,得出不同初速条件下弹丸速度与时间的关系和加速度变化规律。该研究为组合遮弹板结构抗侵彻性能提供了理论依据,解决了过程计算的繁琐问题。     

2～3km/s初速下球形破片对金属薄靶的侵彻效应分析

针对2~3 km/s初速条件下破片对金属薄靶的侵彻开展了实验和数值模拟研究,用LS-DYNA软件对该速度段下弹丸侵彻金属靶板的过程进行数值模拟,采用爆轰驱动装置发射钢质球形弹丸进行试验研究。分析了不同工况下靶板的毁伤模式,并与600~800 m/s这一低速段下靶板的毁伤模式进行对比分析。结果表明:数值模拟跟实验吻合较好,在该速度段下,球形钢质弹丸对靶板的毁伤模式主要为穿孔;垂直撞击时在靶板上形成延性扩孔,而在低速度段下,靶板上形成的穿孔直径几乎跟弹丸直径一样,没有形成延性扩孔;垂直侵彻时在钢靶上形成的扩孔直径比在铝靶上形成的扩孔直径大。     

2-3km/s初速下圆形破片对金属薄靶的侵彻效应分析

针对2 ～3 km/s初速条件下破片对金属薄靶的侵彻开展了实验和数值模拟研究,用LS-DYNA软件对该速度段下弹丸侵彻金属靶板的过程进行数值模拟,采用爆轰驱动装置发射钢质球形弹丸进行试验研究.分析了不同工况下靶板的毁伤模式,并与600 ～ 800 m/s这一低速段下靶板的毁伤模式进行对比分析.结果表明:数值模拟跟实验吻合较好,在该速度段下,球形钢质弹丸对靶板的毁伤模式主要为穿孔;垂直撞击时在靶板上形成延性扩孔,而在低速度段下,靶板上形成的穿孔直径几乎跟弹丸直径一样,没有形成延性扩孔;垂直侵彻时在钢靶上形成的扩孔直径比在铝靶上形成的扩孔直径大.     

玻璃钢-聚氨酯泡沫夹层板抗破片侵彻贯穿研究

为研究环氧树脂玻璃钢-聚氨酯泡沫夹层复合材料靶的抗弹性能,利用弹道枪发射钨合金球形破片撞击不同厚度的单层板及不同组合方式的夹层靶板.获得了不同入射速度下靶板的破坏形貌,通过高速摄影测得破片初速与余速,并利用上下调整速度法估算出靶板弹道极限速度,分析了结构特征对复合材料靶比吸收能的影响,在此基础上,对常用理论模型进行计算对比分析.结果表明:玻璃纤维抽拔、拉伸断裂是靶板吸收能量的主要方式;聚氨酯泡沫抗弹性能较差,作为夹层材料主要作用是防护冲击波;靶板的比吸能与面密度之间呈二次函数抛物线关系,而在相同面密度下,夹层板的吸能总体上是随着玻璃钢占比的增加而增强;THOR公式更加适用于这种材料夹层板的弹道极限计算.      

在轨建造中的关键力学问题

在轨建造是指在空间轨道或者地外天体上就地取材或者利用携带的材料、组件通过加工、组装形成航天器及其部组件的过程.由于无需经历发射段苛刻的力学环境,不受运载火箭整流罩空间的限制,因此,在轨建造能够有效降低航天器结构的重量,实现百米甚至千米级空间设施的建设.本文首先分析了在轨建造的技术优势和航天领域的工程需求.其次,分析了空间微重力、高真空和极端温度环境下加工过程中材料的受力和运动行为,以及对制件特性的影响;再次,分析了空间超大型结构在轨建造全过程的激励和扰动源、动力学分析与控制的力学问题;最后,梳理了面向在轨建造的空间大型结构设计的力学约束,给出多级空间桁架结构在轨建造的优化设计模型.     

冲击波压力持续时间在靶板中的衰减特性研究

该文采用冲击波相似率和量纲分析法研究了冲击波压力持续时间(SWPD)在靶板中的衰减特性,获得了SWPD在靶板中的理论衰减模型。结果表明,当靶板材料及飞片速度确定时,在靶板中某传播距离处的SWPD与靶板撞击面中心处的SWPD之比是传播距离与飞片厚度之比的函数;当传播距离和飞片厚度的比值不变时,该传播距离处的SWPD与靶板撞击面中心处SWPD的比值也不变。利用数值仿真方法分析了SWPD在无氧铜材料靶板中的衰减特性,获得了SWPD衰减模型的定量分析结果,验证了该文理论衰减模型的有效性。     

超高速撞击碎片云特性数值模拟研究

碎片云特性对空间碎片撞击航天器防护结构的损伤程度具有重大影响。本文采用数值仿真软件AUTODYN对球形弹丸超高速撞击单层板和双层板的碎片云特性进行了模拟,分析了弹丸超高速撞击不同层数防护板后的碎片云形态,研究了速度和板间距对碎片云特性的影响。研究表明:碎片云的形成需要一定的条件,速度和板间距对碎片云的特性有重要影响。     

大型空间柔性组合航天器动力学建模与控制

航天器在轨组装制造和在轨服务维护任务中,捕获航天器通过空间机械臂捕获目标航天器后,整个系统构成一个大型空间柔性组合航天器.本文首先建立了综合考虑机械臂关节、臂杆和航天器太阳翼等柔性部件振动影响的组合航天器动力学模型,采用非线性扭簧模型描述柔性关节,采用假设模态法和有限元法描述柔性臂杆和太阳翼,通过动量守恒和拉格朗日方法推导了柔性组合航天器的动力学方程.然后设计了柔性组合航天器轨迹跟踪与振动抑制复合控制系统,采用奇异摄动方法对组合航天器动力学模型进行了降阶分解,在快慢两种不同时间尺度内分别独立设计了控制器.最后通过数值仿真验证了建模和控制方法的有效性.仿真结果表明,本文所建动力学模型精确有效,能够准确反映柔性组合航天器的运动学和动力学特性;复合控制方法能够保证组合航天器在实现机械臂精确轨迹跟踪控制的同时有效抑制柔性部件振动,具有工程实用性.     

钨合金球形破片侵彻DFRP靶板的试验研究

为研究钨合金球形破片对DFRP靶板的侵彻规律,利用弹道枪动加载设备,研究了两种质量的钨合金球形破片对不同厚度DFRP靶板的侵彻. 根据弹道试验结果,获得了弹道极限速度和靶板面密度的关系,并利用量纲分析法得到了弹道极限速度的经验关系式,其预测值与试验结果吻合较好;分析了DFRP靶板在钨合金球体高速撞击下的主要破坏模式及细观吸能机制,并且获得靶板面密度和钨合金球形破片的初始撞击速度对弹道吸能的影响规律.      

钢纤维混凝土抗冲击性能的数值模拟研究

为研究不同钢纤维体积分数与不同钢纤维长径比对混凝土基体抗冲击性能增强作用的影响,利用ANSYS/LSDYNA3D有限元计算软件,采用损伤材料模型,数值模拟了钢纤维混凝土圆柱体撞击素混凝土靶板的过程.分析了不同初速条件下靶板破坏体积与冲击动能的关系,并将数值模拟结果与试验结果比较.结果表明:钢纤维体积分数越大,钢纤维长径比越大,钢纤维混凝土基体的抗冲击性能越好;同时也说明,损伤材料模型能够很好地模拟混凝土类材料在冲击作用下的破坏情况.     

空间带网抛射展开参数分析

随着空间碎片对航天器及航天员威胁的日益增加,采用飞网的空间碎片清理技术已成为研究热点。本文采用强度更高,缠绕现象少的空间带网代替传统飞网。基于弹簧质点法采用MATLAB进行了抛射展开过程仿真。为了能更好的模拟带网发射过程,本文提出了空间带网抓捕效果评价指标。并对带网的结构参数进行敏感性分析,讨论结构弹簧弹性系数和剪切弹簧弹性系数对展开过程的影响。其次对发射参数进行分析,讨论发射速度、发射角度和质量块质量对展开过程的影响,为带网的抛射展开提出参数选取依据。结果表明较大弹性系数有利于带网展开过程,发射时不宜选取过大发射速度、发射角度及质量块质量。     

世界航天发射运输的发展趋势

 针对世界航天发射运输系统，梳理了国内外发展现状和发展特点，综合对比了国内外航天发射场、运载火箭、火箭发动机的发展现状，并提出了未来发展趋势和展望。提出了低成本进入空间将改变世界航天发展的基本格局，航天远程跨域运输将突破航空领域运输效率的极限，指出了天地往返运输将成为维系空间环境的必然选择，轨道的多样性将催生多样态全域发射能力，同时传统液氧/煤油、液氢/液氧、液氧/甲烷等推进体制的主力运用领域将会迎来重大变革。     

天基单光子激光雷达危险空间碎片探测仿真

危险空间碎片的探测与监控一直是空间碎片探测的重点与难点,现有的技术还不能实现对危险空间碎片的有效监测与定轨。针对危险空间碎片的探测,研究了一种主动式天基激光雷达探测方式。该方式采用了天基的单光子探测技术,以期实现对几百公里量级的危险空间碎片进行探测。首先简要分析了点目标激光雷达方程,建立了空间环境的背景光噪声模型,探讨了单光子激光雷达的探测概率与虚警率,对激光的回波信号与探测精度进行了理论分析与仿真,最后分析了不同目标的探测能量需求。由理论分析与仿真结果来看,对500 km处的尺寸为10 cm的目标可以实现精度为0.2 m的有效探测。     

一种基于正交编码的天基雷达空中目标检测方法

天基雷达由于工作于下视模式,天基雷达接收到的目标回波信号往往会淹没在地球杂波背景中.分析了天基雷达地杂波的产生原因,提出了低PRF时天基雷达空中动目标检测的无杂波区域,然后结合正交编码方式,提出了一种基于正交编码技术的空中目标检测方法.该方法不需要进行复杂的杂波抑制处理,可在一定程度上解决下视雷达面临的强地杂波问题.     

基于Creator/Vega的空间目标视景仿真

模拟星空背景以及人造卫星动态飞行场景的真实感生成是计算机图形研究者面临的新课题,也是航天视景仿真中面临的重要任务.针对星空背景下人造卫星等空间目标的图像仿真问题,提出了一种基于Creator与Vega的动态场景生成方法.首先利用Creator绘制星体和人造卫星模型,然后根据亮星星表(BSC)利用Vega生成星空背景,并将人造卫星目标与星空背景合成,最终得到了可以任意时刻、任意角度及任意视场大小观察的空间目标动态场景.仿真结果表明,基于Creator/Vega的空间目标视景仿真取得了很好的效果,并为航天工程中小目标检测与跟踪的实时仿真提供了可行性的参考方法.     

空间滚动轴承预载能动可调技术研究

滚动轴承是航天器及其有效载荷转动部件的关键部件,其工作时需要加载一定的轴向预紧力。但空间复杂工况对轴承实际应用的选择提出了可调预载的要求。提出一种可在轨调节航天轴承预紧力的方法,可同时满足发射时高预紧力和在轨工作时低预紧力的要求,可有效提高轴承在轨工作寿命。     

OFD-LFM信号体制MIMO雷达运动目标HRRP合成方法

针对OFD-LFM信号体制MIMO雷达运动目标的高分辨距离像(HRRP)合成问题展开了相关的研究工作,首先给出了OFD-LFM信号体制MIMO高分辨雷达成像的几何关系图,在此基础上,通过严格的理论推导和详细的原理论述,提出了基于相位补偿的OFD-LFM信号体制MIMO雷达运动目标的HRRP合成方法,该方法利用了OFD-LFM信号中各子载波信号之间的正交性,可有效地合成出运动目标的HRRP。此外,还进一步分析了HRRP不发生卷绕的条件。仿真结果证明了本文方法的有效性。     

逆合成孔径成像激光雷达系统设计

微波波段逆合成孔径雷达的成像分辨率受到发射信号带宽的限制,在对远距离目标、微小目标成像或提取目标精细微动特征时已不能提供足够高的距离分辨率.为解决这一问题,提出一种新体制雷达--逆合成孔径成像激光雷达,将逆合成孔径技术应用于激光波段,利用激光信号的极大带宽和极短波长实现对运动目标的超高分辨实时成像.分析了逆合成孔径成像激光雷达的高分辨原理,并结合激光信号和运动目标的特点,给出了雷达系统的初步设计方案.仿真实验证明:与利用微波信号成像的逆合成孔径雷达相比,逆合成孔径成像激光雷达能够实现对运动目标更快速、更高分辨的成像.     

过渡平板支座节点在超低周疲劳试验中锚栓的损伤累积试验研究

灾难地震作用下网格结构的支座节点由于损伤累积导致节点软化,对整体结构性能影响很大。为研究过渡平板支座节点在超低周疲劳试验过程中的破坏形式,设计了支座节点的双向加载试验装置,对支座节点进行超低周疲劳试验,研究支座锚栓的破坏过程,得到锚栓在加载过程中的倾角变化规律以及支座整体转角变化规律。结果表明:过渡平板支座节点在试验过程的破坏形式均为锚栓断裂,锚栓断口有明显的超低周疲劳破坏特征,锚栓倾角和支座节点整体转角的变化可以反映支座节点中锚栓损伤程度,可为震后评定支座节点的状态提供参考。     

基于非接触摄影测量的拉索索力测试

开展了基于运动目标图像跟踪法的拉索索力测试研究.在拉索上布置目标测点,用摄像机获取单个及多个目标的振动图像序列,利用背景差分法进行运动目标检测,基于卡尔曼滤波法对运动目标进行跟踪,获得拉索多个目标测点的振动位移时程曲线,进而利用频率法求解拉索索力.实验结果表明,与加速度传感器的结果相比,摄影测量法测试结果可信,是基于频率的拉索索力测试方法的有效发展与补充.