本文關(guān)鍵詞：基于離散元方法的單個(gè)月塵顆粒靜電粘附性研究

  更多相關(guān)文章： 月塵 充電模型 靜電粘附機(jī)理 離散元 月表環(huán)境 探測(cè)器材料

【摘要】：本文系統(tǒng)研究了月塵顆粒靜電粘附性機(jī)理。月塵吸附的月面探測(cè)器及相關(guān)電子設(shè)備將會(huì)出現(xiàn)工作性能下降、壽命衰減等問題,月塵粘附的航天服將出現(xiàn)保護(hù)性能下降、危及宇航員生命安全等問題,這些都是登月工程面臨的重大課題之一。因此,對(duì)月塵靜電粘附性的研究具有重要的理論和實(shí)際意義。月塵顆粒帶電是其具有靜電粘附性的根本原因。在月球表面太陽射線、太陽風(fēng)等離子體作用下月塵顆粒將帶上電荷。本文分析了月塵顆粒充電過程中形成的電流種類,并根據(jù)電流平衡、單粒子軌道理論和Maxwell能量分布建立了月塵顆粒充電模型。然后,使用龍格庫塔法在MATLAB中分析研究了月塵顆粒的充電機(jī)理。帶上電荷的月塵顆粒具有較強(qiáng)的靜電粘附性。靜電粘附機(jī)理主要包括靜電粘附力組成要素和各要素的數(shù)學(xué)模型。在月塵顆粒靜電粘附性機(jī)理基礎(chǔ)上,建立了球形顆粒和不規(guī)則形狀顆粒的靜電粘附力學(xué)模型�；陔x散元理論軟件進(jìn)行月塵顆粒的靜電粘附性仿真分析驗(yàn)證。離散元方法是將連續(xù)物體離散元化,然后通過追蹤各個(gè)單元的狀態(tài),最終得到整體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的方法。離散元軟件具有運(yùn)算速度快、精度高、可仿真真實(shí)狀態(tài)的優(yōu)點(diǎn)。本文基于離散元理論,在離散元軟件EDEM上進(jìn)行靜電粘附性仿真分析驗(yàn)證。首先使用離散元軟件和有限元軟件驗(yàn)證了靜電粘附機(jī)理;然后使用C++編譯了靜電粘附力插件;最后,對(duì)月塵靜電粘附性進(jìn)行仿真,研究了月塵顆粒粒徑、形狀,月表電場(chǎng)和探測(cè)器材料性質(zhì)對(duì)靜電粘附性的影響。同時(shí),由于月球表面的特殊環(huán)境如強(qiáng)輻射、高真空及極端溫度等會(huì)對(duì)月塵顆粒的充電特性產(chǎn)生影響,進(jìn)而影響其靜電粘附性。本文通過離散元仿真分析,從定量的角度研究了月表環(huán)境對(duì)靜電粘附性的影響。選擇影響最為明顯的紫外線和X射線作為輻射源研究了月表輻射對(duì)月塵靜電粘附性的影響。選擇降低真空度的方法研究了月表高真空度對(duì)月塵靜電粘附性的影響。對(duì)于極端溫度,由于目前關(guān)于月表溫度的相關(guān)數(shù)據(jù)較少且分析可知等離子體溫度與月表溫度是從屬關(guān)系,所以選擇使用等離子體溫度表征月表溫度的方法研究了月表極端溫度對(duì)月塵靜電粘附性的影響。
【關(guān)鍵詞】：月塵 充電模型 靜電粘附機(jī)理 離散元 月表環(huán)境 探測(cè)器材料
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：P184.5;V419
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 緒論8-17
• 1.1 課題來源及研究的目的和意義8-10
• 1.1.1 課題來源8
• 1.1.2 研究的目的和意義8-10
• 1.2 國內(nèi)外在該方向的研究概述10-15
• 1.2.1 國內(nèi)外月塵靜電粘附特性的研究概述10-13
• 1.2.2 國內(nèi)外離散元理論的研究概述13-15
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容15-17
• 第2章 月塵顆粒的充電模型及靜電粘附性研究17-40
• 2.1 引言17
• 2.2 月塵顆粒充電模型17-21
• 2.3 月塵顆粒靜電粘附性仿真模型21-22
• 2.4 月塵顆粒靜電粘附機(jī)理22-28
• 2.4.1 靜電粘附力要素22-24
• 2.4.2 靜電粘附力模型24-28
• 2.5 球形月塵顆粒的靜電粘附力學(xué)模型研究28-33
• 2.5.1 電荷分布在整個(gè)表面的月塵靜電粘附力學(xué)模型28-31
• 2.5.2 電荷局部分布的月塵靜電粘附力學(xué)模型31-33
• 2.6 不規(guī)則形狀月塵顆粒的靜電粘附力學(xué)模型研究33-39
• 2.6.1 不規(guī)則形狀月塵的靜電粘附力學(xué)模型33-35
• 2.6.2 次圓形月塵顆粒的靜電粘附力學(xué)模型35-39
• 2.7 本章小結(jié)39-40
• 第3章 月塵顆粒靜電粘附性的離散元仿真研究40-61
• 3.1 引言40
• 3.2 靜電粘附機(jī)理的驗(yàn)證40-43
• 3.2.1 范德華力模型驗(yàn)證40-41
• 3.2.2 感應(yīng)靜電力模型驗(yàn)證41-43
• 3.3 EDEM API及靜電粘附力插件的二次開發(fā)43-47
• 3.3.1 離散元方法及API軟件開發(fā)平臺(tái)43-44
• 3.3.2 靜電粘附力插件的相關(guān)參數(shù)設(shè)置及使用過程44-47
• 3.4 球形月塵顆粒的靜電粘附性仿真分析47-55
• 3.4.1 電荷分布在整個(gè)表面的月塵顆粒靜電粘附性仿真分析47-50
• 3.4.2 電荷局部分布的月塵顆粒靜電粘附性仿真分析50-55
• 3.5 不規(guī)則形狀月塵顆粒的靜電粘附性仿真分析55-58
• 3.5.1 不規(guī)則形狀月塵顆粒靜電粘附力學(xué)模型驗(yàn)證56
• 3.5.2 不規(guī)則形狀月塵的靜電粘附性仿真分析56-58
• 3.6 月塵顆粒對(duì)探測(cè)器表面的靜電粘附性仿真分析58-60
• 3.7 本章小結(jié)60-61
• 第4章 月表環(huán)境對(duì)月塵顆粒靜電粘附性影響的研究61-69
• 4.1 引言61
• 4.2 月球表面輻射強(qiáng)度對(duì)月塵靜電粘附性影響的仿真分析61-62
• 4.3 月球表面高真空對(duì)月塵靜電粘附性影響的仿真分析62-66
• 4.3.1 月表電場(chǎng)對(duì)月塵靜電粘附性影響的仿真分析63-64
• 4.3.2 月塵粒徑對(duì)月塵靜電粘附性影響的仿真分析64-66
• 4.4 月球表面極端溫度對(duì)月塵靜電粘附性影響的仿真分析66-68
• 4.5 本章小結(jié)68-69
• 結(jié)論69-71
• 參考文獻(xiàn)71-75
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文75-77
• 致謝77

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本文編號(hào)：528300