随着航天事业的发展,空间碎片的数量越来越多,航天器在轨运行时,可能会受到空间碎片的撞击。为了应对空间碎片的威胁,在舱壁外间隔一定距离安装一层或多层薄板防护屏,当空间碎片撞击防护屏时会破碎成更小的碎片,其能量也会随之分散,从而达到保护航天器安全的目的,铝合金是目前使用最多的防护屏材料。同时,由于没有大气层的保护,航天器在轨道上受到辐射波动较大,防护屏中的热应力变化也很剧烈。基于以上背景,本文针对航天器含缺陷防护结构的高速撞击现象和疲劳效应,重点研究含弹坑、气泡和裂纹缺陷铝板Whipple防护结构的防护性能,以及含穿孔、弹坑缺陷防护屏的疲劳特性。首先,应用二级轻气炮加载技术进行了弹丸高速正撞击含弹坑、裂纹缺陷铝板Whipple防护结构实验研究,获取了含弹坑、裂纹缺陷铝板Whipple防护结构高速撞击损伤特性,与无缺陷铝板Whipple防护结构高速撞击损伤特性比较,分析了弹坑、裂纹缺陷对铝板Whipple防护结构高速撞击损伤特性的影响。第二、在Christiansen改进型撞击极限方程的基础上,通过数值模拟得到含弹坑、气泡和裂纹缺陷铝板Whipple防护结构撞击极限曲线,与无缺陷铝板Whipple防护结构撞击极限曲线比较,总结了含弹坑、气泡和裂纹缺陷对铝板Whipple防护结构性能影响的规律。第三、通过数值模拟比较弹丸撞击含弹坑、气泡和裂纹缺陷防护屏之后弹丸形态变化、应力波在弹丸和防护屏中的传播、弹丸速度的变化以及由弹丸和防护屏组成的系统能量的转化,分析了缺陷对航天器防护结构性能影响的机理。最后、通过数值模拟研究了穿孔、弹坑缺陷对防护屏疲劳极限的影响,计算了含穿孔、弹坑缺陷防护屏裂纹扩展的Paris区的参数,并分析了残余应力对防护屏疲劳极限的影响,利用数值模拟结果总结了残余应力对防护屏疲劳极限影响的经验公式。