本文關(guān)鍵詞：沖擊貫入式潛入器潛頭構(gòu)型參數(shù)優(yōu)化研究

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【摘要】：隨著人類對(duì)地外天體的地質(zhì)構(gòu)成、進(jìn)化演變、星壤物理及化學(xué)特性的探索興趣越來越濃厚，各國(guó)爭(zhēng)先致力于深空探測(cè)技術(shù)的研究。不同于復(fù)雜的表取、鉆取，本課題所研究的潛入器采用非鉆進(jìn)下潛技術(shù)，結(jié)構(gòu)緊湊、輕量化及低能耗的優(yōu)勢(shì)使其不但更能適應(yīng)嚴(yán)峻復(fù)雜的太空環(huán)境，且能不斷地獲取天體表層、次表層星壤的物理及化學(xué)特性，監(jiān)測(cè)天體的地質(zhì)變化。本文針對(duì)沖擊貫入式潛入器，通過理論分析、離散元仿真及沖擊貫入試驗(yàn)，開展了潛頭構(gòu)型參數(shù)優(yōu)化研究，以便使?jié)撊肫骶哂懈玫南聺撎匦浴?潛頭作為最先且全程與月壤接觸的部分，其構(gòu)型及構(gòu)型參數(shù)將直接影響潛入器的破土效果與下潛特性。本文在土力學(xué)理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合月壤的物理及力學(xué)性質(zhì)，針對(duì)所提出一種變曲率弧形潛頭構(gòu)型及構(gòu)型參數(shù)，揭示沖擊潛入過程中月壤的失效機(jī)理。 在變曲率弧形潛頭的基礎(chǔ)上，針對(duì)外凸、內(nèi)凹兩種曲率固定的圓弧形潛頭潛入器，分別建立其下潛三個(gè)階段的力學(xué)模型，得到每個(gè)階段潛入器所受軸向阻力。通過給定其他相關(guān)參數(shù)，開展構(gòu)型參數(shù)對(duì)潛入器所受軸向阻力的影響研究，并對(duì)比分析外凸、內(nèi)凹圓弧形潛頭潛入器所受軸向阻力大小，得到潛頭較優(yōu)構(gòu)型。 針對(duì)內(nèi)凹圓弧形潛頭構(gòu)型，建立潛入器的沖擊錘與潛入器共同下潛過程的動(dòng)力模型，得到?jīng)_擊錘N次沖擊后潛入器的下潛深度隨沖擊次數(shù)變化的規(guī)律。在顆粒流動(dòng)及工程流體力學(xué)理論的基礎(chǔ)上，分析下潛過程中流動(dòng)月壤微元的應(yīng)力狀態(tài)，開展構(gòu)型參數(shù)對(duì)月壤破壞區(qū)滑移線上微元月壤水平速度與豎直速度比值的影響研究。以潛入器下潛深度、月壤水平速度與豎直速度比為目標(biāo)函數(shù)，建立優(yōu)化模型，對(duì)內(nèi)凹圓弧形潛頭的構(gòu)型參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化研究，從而得到最佳構(gòu)型參數(shù)。 應(yīng)用離散元軟件EDEM，建立模擬月壤的離散元模型，模擬仿真外凸、內(nèi)凹圓弧形潛頭潛入器的下潛過程，觀測(cè)月壤的失效破壞，得到不同構(gòu)型參數(shù)的潛入器所受軸向阻力隨下潛深度變化的仿真曲線，用于驗(yàn)證理論分析的正確性。研制沖擊貫入式潛入器潛頭綜合特性測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)，針對(duì)不同潛頭構(gòu)型進(jìn)行沖擊貫入試驗(yàn)，驗(yàn)證所提潛頭構(gòu)型及構(gòu)型參數(shù)的合理性。
【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】：2014
【分類號(hào)】：P184.5;V476

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫 前6條

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本文編號(hào)：1284749