层状结构冰球的高速撞击特性实验

发布时间：2024-01-30 22:59

　　为研究冰雹在不同撞击速度下的破碎特性及致损能力,通过空气炮加载技术,开展了单一性状冰球和层状结构冰球高速撞击刚性靶实验,利用测力杆记录了两种类型冰球在不同撞击速度下的撞击力时程曲线,并结合高速摄影技术研究了两类冰球的高速撞击破碎特性。实验结果表明:两类冰球高速撞击刚性靶的宏观破碎特性相似,在碰撞初始阶段冰球已完全破碎,形成微颗粒团簇体,反向溅射角呈随撞击动能增大而增大的趋势;与单一性状冰球撞击力曲线相比,层状结构冰球撞击力曲线中出现二次上升信号,推测是由于破碎界面在层间界面发生偏折,小球未完全破碎再次撞击测力杆所导致;高速撞击下层状结构冰球的撞击力高于单一性状冰球,推测是由于层间结构的存在延缓了冰球的破碎进程,提升了其在冲击方向传递动量的能力,进而产生了更高的撞击力。研究结果有助于深化对冰雹在高速撞击下的破坏力学行为的认识,同时可为飞行器结构防护、冰雹撞击安全设计研究等提供参考。

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【部分图文】：

图1冰雹层状结构

然而，值得注意的是，自然界中的冰雹为多层结冰体[28]，尤其大冰雹一般有4层或更多层，如图1所示。目前的研究多集中于单一性状冰的撞击力特性及其对典型靶标的损伤效应。尽管Kim等[6-7]研究了平行层状冰（冰试件如图2(b)所示）的致损特性，但对符合实际情况的球形层状冰（如图2(c....

图2人工模拟冰雹（单一性状冰球和层状结构冰球）[6]

图1冰雹层状结构1层状结构冰球高速撞击实验

图3冰球制备模具

以双层结构冰球作为研究对象，根据水在0℃以下发生相变转换为冰的物性特点，设计了两种直径的冰球模具来制备层状结构冰球，其中大、小冰球的直径分别为60和30mm。冰球制备模具由两个铝合金半球模具组成，在模具上下平面各开一个小孔，主要用于注水和内部小球定位，两个半球模具结合面通过密封....

图4小冰球在大冰球模具中的定位方法

首先完成小直径冰球制备，并通过细线定位技术将其固定于大直径冰球模具的中心，如图4所示。随后，向大直径冰球模具中注水，置于温度箱内冷冻形成层状结构冰球，如图5所示。由图5可知，通过该方法能够制备出明显分层的冰球，内部小球通过定位细线保证其位于大球的中心。制备过程中内部小球未发生明显....

本文编号：3890513