充气压力容器高速撞击实验研究

为了确定高速撞击条件下压力容器发生具有撕裂的简单穿孔和裂纹失稳扩展的界限 ,实验采用长径比为 0 56的铝柱状弹丸在约 1 7km/s的速度下正撞击铝罐。大部分实验采用的是未防护的铝罐 ,铝罐的压力从 0～ 0 4MPa变化来探索获得不同损伤形式的压力条件。给出了铝罐前、后壁从穿孔到裂纹失稳扩展的实验结果。防护铝罐的主要损伤是其前壁的裂纹失稳扩展。确定了发生裂纹失稳扩展的临界压力 ,并对发生裂纹失稳扩展的临界尺寸进行了分析。

超高速撞击充气压力容器前壁穿孔试验及预报

针对球形弹丸超高撞击充气压力容器前壁损伤问题,采用试验与理论分析相结合的方法进行研究。用二级轻气炮进行超高速撞击试验,获得了压力容器前壁损伤特性,试验结果表明:容器前壁损伤均为圆形穿孔,穿孔直径与弹丸撞击速度近似呈线性关系,并且容器内压对穿孔直径影响不大。基于试验结果,考虑弹丸未破碎及破碎两种模式,将弹丸冲塞穿孔的能量等效为局部均布载荷对容器前壁的作用,建立了容器前壁穿孔预报模型,并通过与试验结果的比较验证了模型的有效性。

超高速撞击压力容器后壁损伤实验及建模研究

采用地面模拟撞击实验与理论分析相结合的手段,对球形弹丸超高速正撞击圆柱形充气压力容器后壁损伤问题进行研究。首先应用二级轻气炮进行压力容器超高速撞击实验,获得了容器后壁损伤特性;然后基于线弹性断裂力学、弹性力学理论,在弹丸不同破碎模式下,将碎片云及气体冲击波对容器后壁的作用简化为局部均布冲击载荷对固支圆板的作用,建立了容器后壁损伤预报模型,并通过与实验结果的比较,验证了模型的有效性。确定了在碎片云与气体冲击波作用下容器后壁产生穿孔和裂纹的临界条件及尺寸;并在考虑容器壁曲率影响的条件下,获得了容器后壁发生灾难性破坏的临界条件。

球形压力容器超高速撞击应力波传播特性研究

应用二级轻气炮系统发射球形铝合金弹丸超高速正撞击球形充气压力容器,采用PVDF压电传感器对容器壁表面应力波所引起的压力进行采集,获得了不同弹丸撞击速度下球形压力容器器壁表面应力波所引起的压力随弹丸撞击速度和传播距离的变化规律。结果表明,由于球形压力容器的几何结构和撞击能量向球形压力容器内高压气体传递的原因,器壁表面应力波所引起的压力随传播距离的增加呈现先减弱再略增加的规律;弹丸撞击速度的增加导致了撞击能量的增加,相同位置处器壁表面应力波所引起的压力增加。

卫星高压气瓶的超高速撞击试验

微流星体及空间碎片超高速撞击对在轨航天器构成了严重威胁,星上压力容器受空间碎片撞击后所产生的威胁是十分严重的,可能导致航天器发生灾难性失效,过早结束其使命。文章通过星上常用气瓶的超高速撞击试验,获取了不同弹丸撞击参数下气瓶器壁的通孔孔径,得到了在弹丸撞击速度为(6.5±0.3)km/s、无防护情况下气瓶器壁的弹道极限,并分析了导致充压气瓶灾难性失效的弹丸直径范围;通过对试验数据拟合,初步建立了弹丸正撞击速度为(6.5±0.3)km/s、无防护情况下气瓶器壁的通孔孔径预测公式,为航天器遭遇空间碎片撞击的风险评估及防护措施制定提供依据。