6061厚壁铝管AUTODYN软件进行了弹丸形状对超高速正撞击厚合金铝靶成坑过程影响的数值模拟。给出了二维及三维模拟的结果。研究了在相同质量和速度的条件下,不同形状弹丸长径比、微流星体及空间碎片的超高速撞击严重威胁航天器的安全在轨运行,造成航天器损伤及发生灾难性失效的事例已发生多起,有关防护微流星体和空间碎片超高速撞击的研究得到了国内外的高度重视弹坑深度,并基于1947年Whipple提出的Whipple防护,通过超高速撞击实验及数值模拟进行了大撞击方向等对超高速撞击厚合金铝靶所产生弹坑的损伤特性尺寸和成坑形状的影响,并与球形弹丸撞击所产生的坑进行了比较。结果表明:弹丸的长径比越大,弹丸的撞击成坑深度越大;非球弹丸的形状和撞击方向不同,成坑的形状和损伤的特征尺寸是不同的。

6061厚壁铝管研究表明钢弹/镁靶碰撞副的成坑过程不同于铝弹/镁靶碰撞副。随着撞击速度的增加,钢弹/镁靶碰撞副形成的弹坑形貌经历了球冠形→半球形→圆柱形+半球形→半球形过渡,而铝弹/镁靶碰撞副在撞击成坑过程中弹坑形貌由球冠形逐渐过渡到半球形。在弹道撞击速度范围内,弹坑深度是钢弹/镁靶碰撞副的主要侵彻形式,而弹坑体积是铝弹/镁靶碰撞副的主要侵彻形式。当撞击速度达到超高速撞击时,弹坑体积是镁合金靶板的主要侵彻方式,与碰撞副的类型无关。高速撞击的成坑过程明显不同于准静态压缩成坑,撞击成坑过程所消耗的弹丸动能始终大于准静态压缩成坑所做到的功,6061厚壁铝管且随着弹坑深度的增加,两者的差距增大。撞击成坑过程计算表明撞击瞬间弹靶接触界面形成的冲击波压力和温升随着撞击速度的增加显著增大,当撞击速度达到5000 m/s,形成的冲击波压力超过材料强度2个数量级,冲击波温升超过材料的熔点,甚至沸点。撞击成坑过程中撞击方向上的材料承受了最严重的动态变形,45°撞击方向的材料次之,垂直撞击方向上的材料变形程度最轻。 弹坑周围变形组织研究表明撞击方向上变形组织分布区域最宽,45°撞击方向上分布次之,垂直撞击方向上变形组织分布最窄,形成了椭球状组织分布。随着撞击速度的增加,弹坑周围变形组织的分布区域均有展宽的现象。相近撞击速度下,钢弹/镁靶碰撞副弹坑周围变形组织的分布区域宽于铝弹/镁靶碰撞副。弹道撞击条件下,弹坑周围的变形组织可划分为三个区域:高密度孪晶区、中等密度孪晶区和低密度孪晶区,而超高速撞击条件下,弹坑周围出现了细晶区,其变形组织可划分为四个区域:细晶区、细晶+高密度孪晶区、高密度孪晶区和低密度孪晶区,其中低密度孪晶区贯穿整个30 mm厚的靶板。6061厚壁铝管由于高速撞击可在弹坑底部提供梯度性的应变、应变速率载荷变化,通过弹坑周围不同区域变形组织的表征,揭示了弹坑附近细晶的形成过程,建立了弹坑附近细晶形成的物理模型。 绝热剪切带研究表明高速撞击条件下绝热剪切带的形成需要一定的临界撞击速度,随着撞击速度的增加,弹坑附近材料经历了均匀塑性变形→应变局部化(形变带)→白色侵蚀带(转变带)→裂纹的演化过程,即形变带和转变带是不同变形阶段、变形程度的产物。