摘要：为了提升Whipple屏对太空碎片的超高速冲击防护性能，在不增加多孔材料、碳纤维等其他吸能材料的前提下，设计了一种铝球微气囊阵列超结构，并应用3D打印技术进行加工制备。同时，构建了初速度为7.5km/s球形弹丸冲击靶板的计算模型以研究超高速冲击防护性能，在物质点法的计算精度与实验对比验证后开展超高速冲击Whipple屏三维数值模拟，通过与单层铝板的超高速冲击模拟得到的靶板穿孔尺寸、碎片云形貌及其速度、动量、能量和温度等参数比较分析，讨论并揭示了铝球微气囊超结构对能量吸收与耗散机理。结果表明：铝球微气囊超结构Whipple屏对弹丸轴向动能的削减值要比单层铝板提高了300 J，其碎片云径向最大膨胀半径比单层铝板增加了32.2 mm。由此可见，铝球微气囊超结构Whipple屏可以显著地提高对空间碎片超高速冲击的防护性能。同时，与相关的实验数据对比，物质点法超高速冲击数值模拟具有较高的计算精度，可以作为一种研究开发新型Whipple屏的数值实验工具。
文章目录
1 铝球微气囊超结构设计
2 超高速冲击模拟
2.1 物质点法
2.2 物质点法模拟精度验证
2.2.1 弹丸破碎形貌对比
2.2.2穿孔尺寸对比
2.3铝球微气囊超结构超高速冲击模拟
2.3.1材料模型
2.3.2失效准则
2.3.3 碎片云形貌
2.4单层铝板Whipple屏超高速冲击模拟
3 讨论与分析
3.1碎片云形貌分析
3.2 Whipple屏穿孔形貌分析
3.3 Whipple屏动力学参数分析
3.3.1 弹丸速度分析
3.3.2 组件动能分析
3.3.3 弹丸动能分量分析
3.3.4 温度分析
4 结论
