淺層月壤采樣過程的機(jī)土耦合作用研究.pdf

1、近年來，月球探測已成為國內(nèi)國際宇航界的研究熱點(diǎn)，月壤采樣即是其重點(diǎn)任務(wù)之一。由于月壤所處環(huán)境特殊，其性質(zhì)與地球土壤差異很大，采樣機(jī)構(gòu)與月壤接觸時(shí)相互作用關(guān)系十分復(fù)雜，與采樣機(jī)械臂的多體動(dòng)力學(xué)特性耦合后將給控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來很大困難。本文主要針對淺層月壤采樣過程中的機(jī)土耦合作用進(jìn)行研究。
　　本文首先基于離散元方法對月壤進(jìn)行建模，給出了月壤顆粒單元的接觸力學(xué)模型并詳細(xì)闡述了法向及切向接觸力的計(jì)算方法，對顆粒受力后的運(yùn)動(dòng)采用動(dòng)態(tài)松弛法進(jìn)

2、行求解。之后總結(jié)了月壤的物理力學(xué)性質(zhì)，對月壤計(jì)算機(jī)建模提供了宏觀及細(xì)觀參數(shù)的選擇依據(jù)。利用離散元軟件對月壤采樣過程進(jìn)行了動(dòng)態(tài)仿真，通過分析月壤的動(dòng)態(tài)滑移過程和不同時(shí)刻月壤速度及應(yīng)力的分布情況，驗(yàn)證了模型的正確性。由于采樣初始時(shí)刻鏟斗受力發(fā)生突變，對系統(tǒng)振動(dòng)影響很大，因此對不同鏟挖角下的鏟斗初始受力狀態(tài)進(jìn)行仿真，同時(shí)觀察月壤形變及應(yīng)力分布，結(jié)果表明鏟斗初始受力隨鏟挖角增大而增大，幾乎呈線性關(guān)系。對月球車基體及采樣機(jī)械臂系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模，