【摘要】：月球是距離地球最近的星球,具有豐富的礦物資源,開展月球探測對人類發(fā)展具有十分重要的意義。圍繞“繞、落、回”的三階段探月目標,我國探月事業(yè)正在轟轟烈烈開展。目前,我國探月一期工程已經圓滿完成,探月二期正在實施。著陸探測器的安全平穩(wěn)月面軟著陸是探月二期主要任務之一、是探月工程三期目標實現的首要條件。著陸緩沖機構的足墊首先與月面接觸,產生相互作用力和相對運動,然后依靠緩沖器吸能緩沖,實現著陸器在月面的安全平穩(wěn)著陸。月壤在足墊沖擊荷載作用下的力學特性以及著陸過程中月壤與足墊界面特性是影響著陸緩沖的關鍵因素。 本文從模擬月壤TJ-1的顆粒特性統(tǒng)計出發(fā),采用室內試驗研究了模擬月壤的靜力特性、動力特性和足墊與模擬月壤接觸面特性,并獲得了模擬月壤的主要力學參數和接觸面參數；根據著陸沖擊過程中各階段的特點研發(fā)了豎向沖擊模型試驗和水平拖曳模型試驗裝置,并開展了大量模型試驗；根據模型試驗結果,結合土力學等理論,建立了豎向沖擊力學模型和水平拖曳力學模型,最后采用運動軌跡理論將兩個力學模型結合得到了描述著陸沖擊過程的足墊與模擬月壤相互作用數學力學模型。具體如下 (1)通過對模擬月壤顆粒進行體視顯微鏡掃描,采用數字圖像處理軟件和計算機輔助程序,構建模擬月壤顆粒形狀參數,對模擬月壤顆粒的形狀指標進行量化分析。研究表明,模擬月壤顆粒與月壤顆粒形狀相似,顆�？锥捶涓C結構明顯,有多棱角、鋸齒、溝槽結構。與砂土相比,模擬月壤顆粒表面更粗糙、更狹長。 (2)通過室內試驗測定了模擬月壤的壓縮模量、壓縮指數、彈性模量、抗剪強度指標等,利用壓電陶瓷彎曲元測定了模擬月壤的剪切波速和壓縮波速,計算得到了模擬月壤的小應變剪切模量和泊松比。 (3)通過系統(tǒng)的動力三軸試驗,獲得了不同條件下模擬月壤的動強度、動剪切模量和阻尼比等,建立了模擬月壤的骨干曲線模型與阻尼比計算模型,為動力過程的模擬提供了理論依據和計算參數。 (4)對模擬月壤與足墊材料的光滑接觸面進行了系統(tǒng)的直剪試驗,得到了接觸面剪應力-剪切位移的關系曲線。研究了模擬月壤相對密度、法向壓力、剪切速率等因素對接觸面變形及強度參數的影響,建立了不同密實度下模擬月壤-足墊材料接觸面模型。 (5)根據軟著陸過程中沖擊階段的性質和影響因素,設計研發(fā)了豎向沖擊模型試驗裝置,針對沖擊質量、沖擊速度以及模擬月壤密實狀態(tài)等因素,開展了大量模型試驗�；谪Q向沖擊模型試驗及數值模擬結果,修正了NASA提出的豎向沖擊模型,考慮動力沖擊過程中剪切破壞區(qū)漸進發(fā)展的特點,建立了兩自由動力微分方程的足墊豎向沖擊簡化力學模型,提出了基于模擬月壤力學特性的模型參數確定方法。 (6)研制了模擬足墊水平滑移過程的水平拖曳模型試驗裝置,針對拖曳速率、足墊姿態(tài)、刺入深度以及模擬月壤密實狀態(tài)等因素,開展了大量模型試驗,基于模型試驗成果,采用滑移線理論和能量守恒原理建立了分析足墊水平滑移過程的力學模型,通過與試驗成果對比分析,提出了力學模型參數的確定方法。 (7)介紹了NASA軟著陸斜沖擊模型,并對模型進行了簡單的探討。采用運動軌跡理論將本文提出的豎向沖擊力學模型和水平拖曳力學模型結合,得到了描述著陸沖擊過程中足墊與模擬月壤相互作用力學模型。
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【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：P184.5

【引證文獻】

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1 林呈祥;鐘世英;凌道盛;;模擬月壤顆粒形狀特征及其對抗剪強度影響分析[J];東北大學學報(自然科學版);2016年11期

相關碩士學位論文 前1條

1 趙振家;月面表取采樣機土作用力學特性研究[D];吉林大學;2014年

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本文編號：2452656