【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(biāo),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(jīng)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(wù)之一、是探月工程三期目標(biāo)實現(xiàn)的首要條件。著陸緩沖機構(gòu)的足墊首先與月面接觸,產(chǎn)生相互作用力和相對運動,然后依靠緩沖器吸能緩沖,實現(xiàn)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(xué)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(guān)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(nèi)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(xué)參數(shù)和接觸面參數(shù)；根據(jù)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(jù)模型試驗結(jié)果,結(jié)合土力學(xué)等理論,建立了豎向沖擊力學(xué)模型和水平拖曳力學(xué)模型,最后采用運動軌跡理論將兩個力學(xué)模型結(jié)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(shù)學(xué)力學(xué)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(shù)字圖像處理軟件和計算機輔助程序,構(gòu)建模擬月壤顆粒形狀參數(shù),對模擬月壤顆粒的形狀指標(biāo)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,顆粒孔洞蜂窩結(jié)構(gòu)明顯,有多棱角、鋸齒、溝槽結(jié)構(gòu)。與砂土相比,模擬月壤顆粒表面更粗糙、更狹長。 (2)通過室內(nèi)試驗測定了模擬月壤的壓縮模量、壓縮指數(shù)、彈性模量、抗剪強度指標(biāo)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(yīng)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(jù)和計算參數(shù)。 (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(yīng)力-剪切位移的關(guān)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(shù)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(jù)軟著陸過程中沖擊階段的性質(zhì)和影響因素,設(shè)計研發(fā)了豎向沖擊模型試驗裝置,針對沖擊質(zhì)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(shù)值模擬結(jié)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(xué)模型,提出了基于模擬月壤力學(xué)特性的模型參數(shù)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(xué)模型,通過與試驗成果對比分析,提出了力學(xué)模型參數(shù)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(xué)模型和水平拖曳力學(xué)模型結(jié)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(xué)模型。
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【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)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(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2016年11期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 趙振家;月面表取采樣機土作用力學(xué)特性研究[D];吉林大學(xué);2014年

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本文編號：2452656