本文選題：月壤　切入點：鉆進取樣　出處：《哈爾濱工業(yè)大學》2014年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：月壤鉆取是我國月面探測重要任務之一，保證鉆進過程的熱安全性十分重要。面對月球高真空、高低溫等不利環(huán)境，本文以鉆具熱安全性和可靠性為目標，開展鉆具鉆進過程熱特性研究，研究鉆具在鉆取模擬月壤過程中自身溫升以及其向模擬月壤傳熱情況。 首先，本文基于熱阻理論，建立了月壤導熱模型，分析了月壤導熱機理。利用離散元方法仿真驗證了基于Hertz理論的粗糙月壤熱導與顆粒表面粗糙度的關系。針對粗糙月壤表面形貌具有自相似性特征，本文基于分形理論，根據(jù)月壤表面粗糙度，估算了能夠合理描述月壤接觸輪廓線的分形維數(shù)。假設接觸變形為彈性變形，借助Weierstrass-Mandelbrot函數(shù)繪制出合理的特征參數(shù)下月壤接觸熱導與表面粗糙度的關系曲線。 其次，本文基于傅里葉一維導熱模型，研制了采用熱流計法的真空導熱系數(shù)測量裝置，該裝置可測量模擬月壤在真空及高溫下的導熱系數(shù)。利用該裝置進行了實驗研究，得到了中真空環(huán)境及其它真空度下不同溫度的模擬月壤導熱系數(shù)值，分析了溫度及真空度對模擬月壤導熱系數(shù)的影響。 再次，，本文基于離散元方法，利用離散元軟件對月面鉆進采樣過程中月壤接觸鉆具導熱情況進行了仿真分析。針對月壤顆粒形態(tài)，對月壤進行建模，建立了四種形式的月壤仿真模型。根據(jù)月壤性質(zhì)，設置仿真中合理的物理參數(shù)。根據(jù)仿真中月壤表現(xiàn)出的傳熱方式總結了月壤導熱后鉆頭所經(jīng)區(qū)域月壤的溫度分布規(guī)律，實現(xiàn)對這一過程月壤從鉆具導熱量的預測。 最后，本文開展了鉆具熱特性試驗研究，使用全參數(shù)鉆取采樣試驗臺，利用采樣鉆具針對模擬月壤進行了鉆進實驗，利用光纖光柵傳感器實時監(jiān)測了鉆頭端面不同位置和側(cè)面軸向不同位置的溫升情況�？偨Y了溫升隨鉆具轉(zhuǎn)速和進尺速度變化的變化趨勢，獲得了鉆進過程中鉆具的溫升特性。
[Abstract]:Lunar soil drilling is one of the important Ren Wuzhi in lunar surface exploration in China, and it is very important to ensure the thermal safety of drilling process. In the face of high vacuum, high and low temperature and other adverse environments, this paper aims at the thermal safety and reliability of drilling tools. The thermal characteristics of drilling tool during drilling were studied to study the temperature rise of drilling tool and its heat transfer to simulated lunar soil during drilling simulation of lunar soil. Firstly, based on the thermal resistance theory, a lunar soil thermal conductivity model is established. The thermal conductivity mechanism of lunar soil is analyzed. The relationship between the thermal conductivity of rough lunar soil based on Hertz theory and the surface roughness of particles is verified by discrete element method. In view of the self-similarity of surface morphology of rough lunar soil, the fractal theory is used in this paper. According to the surface roughness of lunar soil, the fractal dimension which can reasonably describe the contact contour of lunar soil is estimated, and the contact deformation is assumed to be elastic deformation. The relationship between contact thermal conductivity and surface roughness of lunar soil under reasonable characteristic parameters was plotted by Weierstrass-Mandelbrot function. Secondly, based on the Fourier one-dimensional thermal conductivity model, a measuring device for vacuum thermal conductivity is developed, which can be used to measure the thermal conductivity of lunar soil in vacuum and high temperature. The simulated thermal conductivity of lunar soil at different temperatures in the medium vacuum environment and other vacuum conditions was obtained. The effects of temperature and vacuum on the thermal conductivity of the simulated lunar soil were analyzed. Thirdly, based on the discrete element method, the thermal conductivity of lunar soil contact drilling tools during lunar surface drilling sampling is simulated and analyzed by using discrete element software. Four kinds of lunar soil simulation models were established. According to the properties of lunar soil, reasonable physical parameters were set up. According to the heat transfer mode of lunar soil, the temperature distribution of the bit through the lunar soil after heat conduction was summarized. The prediction of the heat conduction of lunar soil from drilling tools is realized. Finally, the thermal characteristics of drilling tools were studied, and the drilling experiments were carried out on the simulated lunar soil by using the full parameter sampling test-bed, and the sample drilling tool was used to simulate the lunar soil. The temperature rise of drill bit at different position and side axial direction is monitored by fiber grating sensor in real time. The variation trend of temperature rise with drilling tool speed and feed speed is summarized, and the temperature rise characteristics of drill tool during drilling are obtained.
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：P184.5;P634

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