【摘 要】
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载人航天器设计中，必须考虑航天器对空间碎片撞击的防护问题，并使用动力学方法研究其完整撞击过程，以保证防护结构设计的合理性。Whipple防护结构作为方便、实用的空间碎片防护
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载人航天器设计中，必须考虑航天器对空间碎片撞击的防护问题，并使用动力学方法研究其完整撞击过程，以保证防护结构设计的合理性。Whipple防护结构作为方便、实用的空间碎片防护方案，除实体验证实验外，模拟研究主要依赖SPH或改进FEM法。 本文以物质点方法(Material Point Method，MPM)为基础，利用修正和扩充后的清华大学孙其诚组物质点C++程序分析了经典Whipple防护结构。文中预设弹丸直径4mm，初始速度分别为2km/s和4km/s。深入探讨了防护屏厚度为0.5mm、1.5mm、2.0mm和3.0mm的条件下整体防护结构的各种特性。并与文献中的模拟结果和实验结果进行交叉对比，验证了MPM方法对研究此类问题的适用性和精确性，证明了本文所使用程序的可靠性。接着，在同等条件下使用SPH方法计算同种工况，证明了MPM方法在计算效率上优于SPH方法。最后，综合论述了MPM方法在研究此类问题上的基本步骤和方法，为使MPM方法更加深入的研究高速冲击作用下的力学问题提供了可行性证明。 通过验证，物质点法对本文所研究问题在各方面均具有实用性。模拟结果具有较强可信度。并能得出在弹丸直径不变的条件下，当初始速度较低时弹丸对舱壁造成的损伤较大，与防护屏厚度关联性较小；当速度达到一定程度后舱壁受损程度与防护屏厚度的关系增强，即厚度的增加使得碎片云表现愈明显，对舱壁的损伤面积也愈明显的结论。同时也能观察出下一步MPM方法的发展方向。
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