玄武岩/Kevlar纤维布填充防护结构撞击极限及损伤特性

贾古寨 哈跃 庞宝君 管公顺 祖士明

贾古寨, 哈跃, 庞宝君, 管公顺, 祖士明. 玄武岩/Kevlar纤维布填充防护结构撞击极限及损伤特性[J]. 爆炸与冲击, 2016, 36(4): 433-440. doi: 10.11883/1001-1455(2016)04-0433-08
引用本文: 贾古寨, 哈跃, 庞宝君, 管公顺, 祖士明. 玄武岩/Kevlar纤维布填充防护结构撞击极限及损伤特性[J]. 爆炸与冲击, 2016, 36(4): 433-440. doi: 10.11883/1001-1455(2016)04-0433-08
Jia Guzhai, Ha Yue, Pang Baojun, Guan Gongshun, Zu Shiming. Ballistic limit and damage properties of basalt/Kevlar stuffed shield[J]. Explosion And Shock Waves, 2016, 36(4): 433-440. doi: 10.11883/1001-1455(2016)04-0433-08
Citation: Jia Guzhai, Ha Yue, Pang Baojun, Guan Gongshun, Zu Shiming. Ballistic limit and damage properties of basalt/Kevlar stuffed shield[J]. Explosion And Shock Waves, 2016, 36(4): 433-440. doi: 10.11883/1001-1455(2016)04-0433-08

玄武岩/Kevlar纤维布填充防护结构撞击极限及损伤特性

doi: 10.11883/1001-1455(2016)04-0433-08
基金项目: 

国家自然科学基金项目 11172083

详细信息
    作者简介:

    贾古寨(1989—),男,硕士,实习研究员

    通讯作者:

    哈跃,hayue@hit.edu.cn

  • 中图分类号: O381

Ballistic limit and damage properties of basalt/Kevlar stuffed shield

  • 摘要: 为了研究玄武岩/Kevlar纤维布填充防护结构的撞击极限和损伤特性,采用非火药驱动二级轻气炮进行超高速撞击实验,拟合撞击极限曲线,并与Nextel/Kevlar填充防护结构及三层铝防护结构进行比较。结果表明:玄武岩/Kevlar填充防护结构具有和Nextel/Kevlar填充防护结构类似的防护效果,防护性能优于三层铝防护结构。进一步研究填充防护结构铝合金防护屏、纤维布填充层及铝合金舱壁的损伤形式,分析了造成防护屏、填充层与舱壁不同损伤形貌的原因,探索了玄武岩/Kevlar纤维布填充防护结构的防护机理,得出玄武岩纤维布填充层使弹丸碎化,而Kevlar填充层消耗、吸收和分散弹丸或碎片云的能量。
  • 图  1  玄武岩/Kevlar纤维布填充防护结构示意图

    Figure  1.  Experimental configuration of basalt/Kevlar stuffed Whipple shield

    图  2  玄武岩/Kevlar纤维布填充防护结构撞击极限曲线

    Figure  2.  Ballistic limit curves of basalt/Kevlar stuffed shield

    图  3  防护屏超高速撞击穿孔损伤

    Figure  3.  Perforation damage in the first bumper by hypervelocity impact

    图  4  防护屏穿孔直径随撞击速度的变化

    Figure  4.  Hole diameter in the first bumper via impact velocity

    图  5  填充层超高速撞击损伤

    Figure  5.  Hypervelocity impact damage of stuffed layer

    图  6  填充层纤维丝微损伤形态

    Figure  6.  Micro-damage of filaments in stuffed layer

    图  7  舱壁的超高速撞击损伤

    Figure  7.  Hypervelocity impact damage of rear wall

    图  8  玄武岩/Kevlar纤维布填充防护结构防护机理

    Figure  8.  Protection mechanism of basalt/Kevlar stuffed shields

    表  1  玄武岩/Kevlar纤维填充防护结构超高速撞击实验结果

    Table  1.   Results of hypervelocity impact tests for basalt/Kevlar stuffed shields

    实验
    编号
    dp/mm v/(km·s-1) Dh/mm 舱壁
    损伤
    防护
    效果
    SW-33 7.94 0.650 8.15 鼓包 有效
    SW-22 7.94 0.680 8.26 鼓包 有效
    SW-32 7.94 0.750 8.42 穿孔 失效
    SW-34 7.94 0.868 8.61 穿孔 失效
    SW-26 7.94 0.977 8.73 穿孔 失效
    SW-24 7.94 1.076 8.41 穿孔 失效
    SW-23 7.94 1.097 8.65 穿孔 失效
    SW-01 6.35 0.818 6.81 鼓包 有效
    SW-02 6.35 0.940 7.74 微裂纹 失效
    SW-04 6.35 0.974 7.01 微裂纹 失效
    SW-05 6.35 1.112 7.30 微裂纹 失效
    SW-03 6.35 1.149 7.09 穿孔 失效
    SW-25 6.35 1.259 7.66 穿孔 失效
    SW-13 4.76 1.374 6.04 鼓包 有效
    SW-12 4.76 1.525 6.06 开裂 失效
    SW-11 4.76 1.595 6.06 穿孔 失效
    SW-08 3.97 1.211 5.58 鼓包 有效
    SW-09 3.97 1.776 5.62 开裂 失效
    SW-07 3.97 1.972 5.74 穿孔 失效
    SW-06 3.97 2.242 6.05 穿孔 失效
    SW-10 6.35 4.438 10.51 穿孔 失效
    SW-47 6.35 4.443 10.34 穿孔 失效
    SW-49 6.35 4.450 10.55 微裂 失效
    SW-48 6.35 4.700 10.63 鼓包 有效
    SW-18 4.76 3.205 7.76 穿孔 失效
    SW-40 4.76 3.550 7.56 穿孔 失效
    SW-19 4.76 3.572 7.51 穿孔 失效
    SW-20 4.76 3.572 7.92 双鼓包 有效
    SW-45 4.76 3.660 8.05 微鼓包 有效
    SW-36 4.76 3.910 8.31 微鼓包 有效
    SW-42 3.97 2.660 6.32 穿孔 失效
    SW-43 3.97 2.660 6.55 微裂纹 失效
    SW-16 3.97 2.809 6.44 穿孔 失效
    SW-46 3.97 2.860 6.71 微裂纹 失效
    SW-17 3.97 2.907 6.60 微裂纹 失效
    SW-15 3.97 3.379 6.90 微鼓包 有效
    SW-14 3.97 3.572 7.09 鼓包 有效
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  • [1] Christiansen E L. Advanced meteoroid and debris shielding concepts[C]//AIAA/NASA/DOD Orbital Debris Conference: Technical Issues and Future Directions. Baltimore, MD, 1990.
    [2] Christiansen E L. Design and performance equations for advanced meteoroid and debris shields[J]. International Journal of Impact Engineering, 1993, 14(1):145-156. doi: 10.1016-0734-743X(93)90016-Z/
    [3] Cour-Palais B G, Crews J L. A multi-shock concept for spacecraft shielding[J]. International Journal of Impact Engineering, 1990, 10(1):135-146. doi: 10.1016-0734-743X(90)90054-Y/
    [4] Christiansen E L, Kerr J H. Mesh double-bumper shield:A low-weight alternative for spacecraft meteoroid and orbital debris protection[J]. International Journal of Impact Engineering, 1993, 14(1):169-180. doi: 10.1016-0734-743X(93)90018-3/
    [5] 哈跃, 庞宝君, 管公顺, 等.玄武岩纤维布Whipple防护结构超高速撞击损伤分析[J].哈尔滨工业大学学报, 2007, 39(5):779-782. doi: 10.3321/j.issn:0367-6234.2007.05.025

    Ha Yue, Pang Baojun, Guan Gongshun, et al. Damage of high velocity impact on basalt fiber hybrid woven-Al Whipple shield[J]. Journal of Harbin Institute of Technology, 2007, 39(5):779-782. doi: 10.3321/j.issn:0367-6234.2007.05.025
    [6] 张宝玺, 邓云飞, 哈跃, 等.超高速撞击玄武岩及Kevlar纤维布填充防护结构研究[J].固体力学学报, 2012, 33(5):533-540. doi: 10.3969/j.issn.0254-7805.2012.05.012

    Zhang Baoxi, Deng Yunfei, Ha Yue, et al. The optimal structural design of stuffed shield with basalt and Kevlar fiber clothes against hypervelocity impacting[J]. Chinese Journal of Solid Mechanics, 2012, 33(5):533-540. doi: 10.3969/j.issn.0254-7805.2012.05.012
    [7] 苟海涛, 王应德, 闫军, 等.一种高性能复合织物填充防护结构撞击极限研究和防护机理分析[C]//中国空间科学学会空间材料专业委员会学术交流会议.2012.
    [8] Christiansen E L, Crews J L, Williamsen J E, et al. Enhanced meteoroid and orbital debris shielding[J]. International Journal of Impact Engineering, 1995, 17(1):217-228. http://d.old.wanfangdata.com.cn/NSTLQK/NSTL_QKJJ0210172942/
    [9] Christiansen E L, Kerr J H. Ballistic limit equations for spacecraft shielding[J]. International Journal of Impact Engineering, 2001, 26(1):93-104. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0734743X01000707
    [10] Christiansen E L, Arnold J, Corsaro B, et al. Handbook for designing MMOD protection[R]. NASA Johnson Space Center, NASA/TM-2009-214785, 2009.
    [11] Maiden C J, McMillan A R. An investigation of the protection afforded a spacecraft by a thin shield[J]. AIAA Journal, 1964, 2(11):1992-1998. doi: 10.2514/3.2705
    [12] Nysmith C R. Experimental investigation of the momentum transfer associated with impact into thin aluminum targets[R]. NASA TND-5492, 1969.
    [13] Sawle D R. Hypervelocity impact in thin sheets, semi-infinite targets at 15 km/s[J]. AIAA Journal, 1970, 8(7):1240-1244. doi: 10.2514/3.5879
    [14] 管公顺, 庞宝君, 崔乃刚, 等.铝球弹丸超高速正撞击薄铝板穿孔尺寸研究[J].工程力学, 2007, 24(12):181-185. doi: 10.3969/j.issn.1000-4750.2007.12.031

    Guan Gongshun, Pang Baojun, Cui Naigang, et al. Size investigation of hole due to hypervelocity impact aluminum spheres on thin aluminum sheet[J]. Engineering Mechanics, 2007, 24(12):181-185. doi: 10.3969/j.issn.1000-4750.2007.12.031
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-12-08
  • 修回日期:  2015-05-14
  • 刊出日期:  2016-07-25

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