题目：撞击过程数值模拟及碎片特性识别研究

数值模拟方法是研究超高速撞击问题的重要手段之一。本文主要以航天器空间碎片防护结构设计为背景，应用数值模拟方法对典型超高速撞击实验过程进行研究。 首先，针对文献中铝球超高速撞击薄铝板实验建立仿真模型，对材料模型选取、建模方式等因素进行分析，开展了厚径比小于0.2的四个实验工况Ls-dyna数值仿真，并采用判别SPH粒子间距方式，对碎片云中较大碎片进行识别，识别结果与实验给出较大碎片特性基本相一致。 其次，针对铝球超高速撞击钛合金板实验，研究2D轴对称模型与3D模型数值仿真方法的适用性，3D模型在碎片云形态方面具有优势，便于进行碎片云特性分析，2D模型计算效率高，且在穿透特性结果上与实验符合较好；针对实验工况建立的2D轴对称模型仿真计算钛合金板损伤结果同实验相比基本相符。 最后，针对铝球超高速撞击蜂窝夹层结构典型实验，结合复合材料基本理论及适用于冲击波传播情况下的复合材料模型，给出了超高速撞击问题中复合材料正交各向异性模型参数的估算方法；建立相应工况的2D数值模型，获得了蜂窝夹层结构面板损伤直径、钛合金板损伤结果，与实验相比基本符合。基于铝球撞击复合材料面板蜂窝夹层结构及钛合金板过程进行的详细分析，说明了碎片云的材料组成、集中特性及运动特性等规律。