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随着各国航天活动的增加,空间碎片密度日益增大,已经对航天器的安全构成严重威胁。为了满足各种航天器的防护需求,美国、俄罗斯和欧空局已经在Whipple防护结构的基础上研制出多种先进防护结构,但材料的选择均为惰性材料。本文以空间碎片防护结构设计为工程应用背景,创造性将亚稳态含能材料应用于空间碎片防护结构。PTFE/Al含能材料由于其高能、钝感和独特的冲击释能特性,已经在国防工业中有了广泛的应用。本文通过工艺优化,结合材料的动态力学性能分析,制备出实验所需的PTFE/Al含能材料;通过超高速撞击实验,研究了PTFE/Al含能材料防护结构的撞击特性,拟合得到相应的撞击极限曲线;结合数值模拟研究,分析碎片云运动特性,揭示亚稳态含能材料防护结构的防护机理。针对现有氟聚物基含能材料的制备工艺,通过改变材料成型压力、烧结温度、升温速率、烧结气氛等条件,结合准静态压缩试验,获得材料成型压力、致密度、屈服强度的相互关系。利用具有熔融、结晶平台的烧结温度曲线,实现了制备工艺的优化,可以使材料的致密度达到0.95,对应的屈服强度为18.5Mpa。利用SHPB实验系统对PTFE/Al含能材料进行了高、低温条件下的动态力学性能研究。在-100~200℃的温度范围内,进行不同应变率的动态压缩实验,得到了PTFE/Al含能材料应变率效应与温度效应,建立了PTFE/Al高、低温条件下的本构模型。利用高速摄像系统对PTFE/Al含能材料动态压缩过程中的冲击起爆现象进行研究,得到了PTFE/Al含能材料低速条件下的延迟起爆特性,结合已知高速撞击下延迟反应时间与撞击速度的关系,建立了能够描述低速到高速条件下延迟起爆时间随撞击速度的变化关系。以二级轻气炮作为加载手段,结合高速摄像、光学高温计、激光阴影照相等测试设备,进行不同面密度、不同弹丸直径、不同碰撞速度的超高速撞击实验。通过与同等面密度LY-12铝薄板的对比,证明PTFE/Al含能材料防护结构的有效性。研究了PTFE/Al含能材料防护结构超高速撞击条件下的损伤特性,建立了铝合金弹丸超高速撞击PTFE/Al含能材料防护屏穿孔直径的无量纲经验公式,得到新型含能材料防护结构撞击极限曲线。结合实验工况验证数值模拟结果的有效性,在此基础上,得到了含能材料防护结构碎片云形态,分析了含能材料防护结构的防护机理,获得了不同板厚下碎片云运动特性;建立了铝合金弹丸超高速撞击PTFE/A1含能材料防护结构时开始破碎的临界破碎速度公式;研究了环境温度对含能材料防护结构超高速撞击特性的影响,结果表明,温度对含能材料防护屏穿孔具有一定的影响,而对碎片云的运动特性几乎没有影响。