【摘要】：針對月壤鉆取采樣過程中存在大顆粒巖塊情況進行三維離散元動態(tài)仿真分析。建立考慮扭轉、彎曲力矩及等效引力作用的新型三維離散元月壤模型,通過三軸仿真試驗進行細觀參數(shù)標定,得到黏聚力為0.90 k Pa,內(nèi)摩擦角為42.25°的滿足真實月壤宏觀力學指標的仿真模型。針對月壤內(nèi)層存在大顆粒情況設計4種采樣工況分別進行仿真分析,監(jiān)測大顆粒運動軌跡與采樣效率,發(fā)現(xiàn)了"旋入效應"、"縱向運移效應"與"阻塞效應",仿真結果表明巖塊粒徑大小直接影響采樣結果:當巖塊粒徑小于鉆頭"虛擬切削圓"時,其無論存在于任何位置對采樣效率與后續(xù)樣品纏繞收集均無明顯影響;當巖塊粒徑大于"虛擬切削圓"時,阻塞現(xiàn)象嚴重,樣品收集困難,極易導致采樣失敗。研究結論對月壤鉆取采樣控制設計與鉆具結構設計具有重要的工程參考價值。
[Abstract]:Three dimensional discrete element dynamic simulation analysis is carried out in view of the existence of large granular rock masses in the sampling process of lunar soil drilling. A new three dimensional discrete element lunar soil model considering torsion, bending moment and equivalent gravity was established. The mesoscopic parameters were calibrated by triaxial simulation test. The cohesion force of 0.90k Pa, was obtained. A simulation model with an internal friction angle of 42.25 擄satisfies the macro mechanical index of real lunar soil. According to the large particles in the inner layer of lunar soil, four sampling conditions were designed and simulated respectively to monitor the movement track and sampling efficiency of large particles, and the "swirling effect", "longitudinal migration effect" and "blocking effect" were found. The simulation results show that the size of rock block has a direct influence on the sampling results: when the size of rock block is smaller than the "virtual cutting circle" of the bit, the sampling efficiency and subsequent sample winding collection are not significantly affected by its presence in any position. When the size of rock block is larger than "virtual cutting circle", the blocking phenomenon is serious and the sample collection is difficult, which can easily lead to sampling failure. The research results have important engineering reference value for the sampling control design of lunar soil drilling and the structure design of drilling tools.
【作者單位】： 哈爾濱工業(yè)大學航天工程系;
【基金】：國家自然科學基金項目(51105100) 教育部博士點基金項目(20112302120007) 中國博士后科學基金項目(20110491050) 國家重點實驗室開放基金項目(HIT.KLOF.2011.075)
【分類號】：P184.5

【參考文獻】

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本文編號：2329231