發(fā)布時(shí)間：2017-09-11 16:21

  本文關(guān)鍵詞：沖擊式月壤剖面貫入器潛入負(fù)載特性研究

  更多相關(guān)文章： 月壤剖面 原位探測 沖擊式貫入器 負(fù)載模型

【摘要】：隨著深空探測的進(jìn)展,人類對地外天體的科學(xué)考察從星體表面逐漸深入到內(nèi)部。次表層星壤剖面含有豐富的地質(zhì)學(xué)及星表環(huán)境信息,是研究天體起源及演化過程的重要探測目標(biāo)。沖擊式貫入器作為一種輕小型、低功耗的無人自主潛入式探測器,是原位探測次表層月壤剖面的有效手段之一。本文以提高沖擊式貫入器潛入能力為目標(biāo),重點(diǎn)對沖擊式貫入器潛入負(fù)載特性開展研究。結(jié)合月壤的物理力學(xué)性質(zhì),分析了月壤剖面沖擊擠密潛入原理。根據(jù)沖擊式貫入器機(jī)構(gòu)組成,將其簡化為“質(zhì)量—彈簧”系統(tǒng)。通過分析貫入器一個(gè)工作周期的運(yùn)動(dòng)過程與能量傳遞規(guī)律,總結(jié)了影響貫入器潛入能力的主要因素。利用摩爾—庫侖強(qiáng)度理論與極限平衡條件,建立了潛頭擠密潛入原態(tài)月壤的負(fù)載模型,計(jì)算得到錐形、外凸、內(nèi)凹弧形三種潛頭構(gòu)型對潛入負(fù)載特性的影響規(guī)律,為潛頭構(gòu)型優(yōu)化提供理論基礎(chǔ)。利用朗肯被動(dòng)土壓力理論,建立了貫入器側(cè)壁摩擦負(fù)載模型,指導(dǎo)貫入器殼體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。研制了貫入器恒速潛入負(fù)載特性試驗(yàn)系統(tǒng)。開展了錐形、外凸、內(nèi)凹弧形三種構(gòu)型潛頭潛入負(fù)載特性試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了潛頭負(fù)載模型的正確性;開展了貫入器殼體潛入負(fù)載特性試驗(yàn),分析了殼體構(gòu)型參數(shù)對潛入負(fù)載特性的影響。綜合負(fù)載模型與試驗(yàn)結(jié)果,優(yōu)選出貫入器構(gòu)型與構(gòu)型參數(shù)。為提高貫入器潛入能力,對貫入器“質(zhì)量—彈簧”系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行了匹配。利用多體動(dòng)力學(xué)軟件對參數(shù)匹配結(jié)果進(jìn)行仿真驗(yàn)證,并研究了月面低重力環(huán)境對貫入器潛入性能的影響。利用貫入器構(gòu)型優(yōu)化結(jié)果,遵循輕量化、小型化的設(shè)計(jì)原則,研制了沖擊式貫入器原理樣機(jī)。利用高速攝像系統(tǒng)開展了貫入器潛入過程動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)研究。搭建了貫入器潛入能力測試系統(tǒng),驗(yàn)證了貫入器潛入能力。
【關(guān)鍵詞】：月壤剖面 原位探測 沖擊式貫入器 負(fù)載模型
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V476.3
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 課題來源及研究的目的和意義9-10
• 1.1.1 課題來源9
• 1.1.2 研究目的和意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-15
• 1.2.1 星壤剖面沖擊貫入式潛入技術(shù)研究進(jìn)展10-14
• 1.2.2 星壤動(dòng)力貫入理論研究進(jìn)展14-15
• 1.2.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的分析與啟示15
• 1.3 課題主要研究內(nèi)容15-17
• 第2章 沖擊式貫入器工作原理及潛入能力分析17-26
• 2.1 月壤的物理與力學(xué)特性17-19
• 2.1.1 月壤物理參數(shù)概述17-18
• 2.1.2 月壤力學(xué)特性18-19
• 2.2 月壤剖面沖擊擠密潛入原理分析19-20
• 2.3 沖擊式貫入器機(jī)構(gòu)組成及工作原理20-23
• 2.3.1 沖擊式貫入器機(jī)構(gòu)組成20-21
• 2.3.2 沖擊式貫入器工作原理21-23
• 2.4 潛入能力影響因素分析23-25
• 2.5 本章小結(jié)25-26
• 第3章 沖擊式貫入器潛入負(fù)載模型研究26-44
• 3.1 潛頭構(gòu)型及構(gòu)型參數(shù)26-27
• 3.2 貫入器潛頭負(fù)載模型研究27-36
• 3.2.1 錐形潛頭負(fù)載模型研究27-31
• 3.2.2 外凸弧形潛頭負(fù)載模型研究31-34
• 3.2.3 內(nèi)凹弧形潛頭負(fù)載模型研究34-36
• 3.3 貫入器側(cè)壁負(fù)載模型研究36-37
• 3.4 構(gòu)型參數(shù)對貫入器潛入負(fù)載的影響37-43
• 3.4.1 錐形潛頭負(fù)載分析38-39
• 3.4.2 外凸弧形潛頭負(fù)載分析39-40
• 3.4.3 內(nèi)凹弧形潛頭負(fù)載分析40-41
• 3.4.4 三種構(gòu)型潛頭負(fù)載對比分析41-42
• 3.4.5 側(cè)壁摩擦阻力分析42-43
• 3.5 本章小結(jié)43-44
• 第4章 貫入器擠密潛入負(fù)載特性試驗(yàn)研究44-56
• 4.1 貫入器恒速潛入負(fù)載特性試驗(yàn)系統(tǒng)研制44-46
• 4.1.1 試驗(yàn)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)44-45
• 4.1.2 試驗(yàn)系統(tǒng)搭建45-46
• 4.2 模擬月壤制備方法46-47
• 4.3 潛頭負(fù)載特性試驗(yàn)驗(yàn)證47-53
• 4.3.1 錐形潛頭負(fù)載特性試驗(yàn)驗(yàn)證47-49
• 4.3.2 外凸弧形潛頭負(fù)載特性試驗(yàn)驗(yàn)證49-50
• 4.3.3 內(nèi)凹弧形潛頭負(fù)載特性試驗(yàn)驗(yàn)證50-51
• 4.3.4 模擬月壤參數(shù)對潛頭負(fù)載的影響試驗(yàn)51-53
• 4.4 側(cè)壁摩擦負(fù)載特性試驗(yàn)驗(yàn)證53-55
• 4.5 貫入器構(gòu)型參數(shù)試驗(yàn)分析55
• 4.6 本章小結(jié)55-56
• 第5章 沖擊式貫入器原理樣機(jī)研制及其試驗(yàn)研究56-69
• 5.1 沖擊式貫入器參數(shù)匹配56-57
• 5.1.1“質(zhì)量—彈簧”系統(tǒng)參數(shù)匹配56-57
• 5.1.2 結(jié)構(gòu)材料匹配57
• 5.2 沖擊式貫入器動(dòng)力學(xué)仿真分析57-60
• 5.2.1 動(dòng)力學(xué)仿真建模57-59
• 5.2.2 動(dòng)態(tài)仿真分析59-60
• 5.3 貫入器結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì)60-65
• 5.3.1 驅(qū)動(dòng)單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)60-61
• 5.3.2 沖擊錘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)61-63
• 5.3.3 貫入器殼體單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)63
• 5.3.4 貫入器本體研制63-65
• 5.4 貫入器潛入過程動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)研究65-67
• 5.4.1 貫入器動(dòng)態(tài)特性測試系統(tǒng)搭建65-66
• 5.4.2 貫入器動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)66-67
• 5.5 貫入器潛入能力試驗(yàn)研究67-68
• 5.5.1 貫入器潛入能力測試系統(tǒng)搭建67
• 5.5.2 貫入器模擬潛入試驗(yàn)67-68
• 5.6 本章小結(jié)68-69
• 結(jié)論69-70
• 參考文獻(xiàn)70-74
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其他成果74-76
• 致謝76

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本文編號：831793