Numerical simulation of hypervelocity impact of the water-filled aluminum eggshell array structure using material point method

超高速 物理 点(几何) 航空航天工程 机械 复合材料 几何学 热力学 材料科学 数学 工程类
作者
Yuxin Wang,Zhendong Mao,Cheng Yu,Xiaojie Li,Xiaohong Wang,Honghao Yan
出处
期刊:Physics of Fluids [American Institute of Physics]
卷期号:37 (3)
标识
DOI:10.1063/5.0256015
摘要

In the context of space exploration, spacecraft are frequently subjected to hypervelocity impact from space debris, which can result in significant damage. To avoid or mitigate the impact damage caused by space debris, the deployment of Whipple shields in front of bulkheads has been identified as a highly effective protective strategy. This paper presents the design of a water-filled aluminum eggshell array structure (WAEAS), inspired by the biomechanical mechanics properties of the egg. The WAEAS can be fabricated via 3D printing, which is used to improve the protective performance of the Whipple shields. To investigate the energy-absorbing mechanism of the WAEAS, a hypervelocity impact computational model is constructed. The morphology of the debris cloud, the size of the perforation in the WAEAS, the residual velocity of the projectile, the impact energy, and the temperature field were simulated by the material point method. The results demonstrate that the WAEAS exhibits superior resistance to the impact of hypervelocity projectiles in comparison to conventional single-layer aluminum shields, in the absence of additional energy-absorbing materials.
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