物质点法在Whipple防护结构高速冲击中的应用研究

发布时间：2024-03-08 23:34

　　载人航天器设计中,必须考虑航天器对空间碎片撞击的防护问题,并使用动力学方法研究其完整撞击过程,以保证防护结构设计的合理性。Whipple防护结构作为方便、实用的空间碎片防护方案,除实体验证实验外,模拟研究主要依赖SPH或改进FEM法。本文以物质点方法(Material Point Method,MPM)为基础,利用修正和扩充后的清华大学孙其诚组物质点C++程序分析了经典Whipple防护结构。文中预设弹丸直径4mm,初始速度分别为2km/s和4km/s。深入探讨了防护屏厚度为0.5mm、1.5mm、2.0mm和3.0mm的条件下整体防护结构的各种特性。并与文献中的模拟结果和实验结果进行交叉对比,验证了MPM方法对研究此类问题的适用性和精确性,证明了本文所使用程序的可靠性。接着,在同等条件下使用SPH方法计算同种工况,证明了MPM方法在计算效率上优于SPH方法。最后,综合论述了MPM方法在研究此类问题上的基本步骤和方法,为使MPM方法更加深入的研究高速冲击作用下的力学问题提供了可行性证明。通过验证,物质点法对本文所研究问题在各方面均具有实用性。模拟结果具有较强可信度。并能得出在弹丸直径不...

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 研究现状
    1.3 研究方法及目的
    1.4 小结
第二章 基本理论
    2.1 物质点法基本理论与方程
        2.1.1 控制方程及离散
        2.1.2 运动方程的显式求解
        2.1.3 显式物质点法和GIMP方法
        2.1.4 接触算法
    2.2 Whipple防护结构基本理论与方程
    2.3 泰勒杆基本理论与方程
    2.4 小结
第三章 数值模拟与对比
    3.1 程序验证
        3.1.1 程序框架与改进
        3.1.2 Taylor杆验证模拟
    3.2 不同工况的数值结果
        3.2.1 弹丸初速度2km/s时的工况
        3.2.2 弹丸初速度4km/s时的工况
        3.2.3 工况模拟结果小结
        3.2.4 模拟结果的横向对比
    3.3 物质点法高效性对比
    3.4 小结
第四章 总结与展望
    4.1 总结
    4.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表学术论文



本文编号：3922554