Spacesuits and spacecraft must endure high velocity impacts from micrometeoroids. This work considers the impact of 100 μm diameter projectiles into composite targets at velocities from 0.5 km/s to 2 km/s. This work begins by presenting an energy-based theoretical model relating depth of penetration (DoP) and impact force to impact velocity, characteristic time, and threshold velocity and force. Next, this work compares numerical simulations of normal impact on composites to the theoretical model. Numerical simulations are conducted with LS-DYNA and the well-known composite model, MAT-162. The numerical models consider unidirectional S2-glass fiber reinforced SC-15 epoxy composite laminates. The numerical model shows good correlation with the theoretical model. The numerical model also investigates lateral impact, parallel to the fiber direction, and oblique impact at angles from 30° to 82.5°. This work decomposes oblique impact into normal and lateral components, and compares them with normal and lateral impact results. The results show good correlation of the normal component of oblique results with the theoretical model. This numerical and theoretical study focuses on DoP, velocity, and penetration resistance force as functions of time. The theoretical model and numerical simulations are used to determine new DoP parameters: characteristic time of depth of penetration and threshold impact velocity. These models are a first step in developing the capability to predict DoP for oblique, microscale, high-speed impact on composite materials.

宇航服和航天器必须承受来自微流星体的高速撞击。这项工作考虑了直径为 100 微米的弹丸以 0.5 公里/秒至 2 公里/秒的速度撞击复合目标。这项工作首先提出了一个基于能量的理论模型，该模型将穿透深度 (DoP) 和冲击力与冲击速度、特征时间以及阈值速度和力联系起来。接下来，这项工作将对复合材料的正常冲击的数值模拟与理论模型进行比较。使用 LS-DYNA 和著名的复合模型 MAT-162 进行数值模拟。数值模型考虑单向 S2 玻璃纤维增​​强 SC-15 环氧复合层压板。数值模型与理论模型具有良好的相关性。数值模型还研究了平行于纤维方向的横向冲击，和从 30° 到 82.5° 的角度的倾斜冲击。这项工作将斜向冲击分解为正常和横向分量，并将它们与正常和横向冲击结果进行比较。结果表明，倾斜结果的法向分量与理论模型具有良好的相关性。这项数值和理论研究侧重于作为时间函数的 DoP、速度和穿透阻力。理论模型和数值模拟用于确定新的 DoP 参数：穿透深度的特征时间和阈值冲击速度。这些模型是开发预测 DoP 对复合材料的倾斜、微尺度、高速影响的能力的第一步。并将它们与正常和横向冲击结果进行比较。结果表明，倾斜结果的法向分量与理论模型具有良好的相关性。这项数值和理论研究侧重于作为时间函数的 DoP、速度和穿透阻力。理论模型和数值模拟用于确定新的 DoP 参数：穿透深度的特征时间和阈值冲击速度。这些模型是开发预测 DoP 对复合材料的倾斜、微尺度、高速影响的能力的第一步。并将它们与正常和横向冲击结果进行比较。结果表明，倾斜结果的法向分量与理论模型具有良好的相关性。这项数值和理论研究侧重于作为时间函数的 DoP、速度和穿透阻力。理论模型和数值模拟用于确定新的 DoP 参数：穿透深度的特征时间和阈值冲击速度。这些模型是开发预测 DoP 对复合材料的倾斜、微尺度、高速影响的能力的第一步。理论模型和数值模拟用于确定新的 DoP 参数：穿透深度的特征时间和阈值冲击速度。这些模型是开发预测 DoP 对复合材料的倾斜、微尺度、高速影响的能力的第一步。理论模型和数值模拟用于确定新的 DoP 参数：穿透深度的特征时间和阈值冲击速度。这些模型是开发预测 DoP 对复合材料的倾斜、微尺度、高速影响的能力的第一步。