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人工装置与模拟月壤相互作用的土工离心模型试验研究

作　者: 李志刚
导　师: 陈轮
学　校: 清华大学
专　业: 土木工程
关键词: 模拟月壤 土工离心机 重力场
分类号: V11
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 175次
引　用: 2次
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内容摘要


我国进行探月工程,对于开发空间资源、维护和平以及增强我国综合国力具有深远的战略意义。月球着陆器着陆冲击、月球车行走、月壤原位勘察测试取样和月球基地建设,都存在人工装置与月壤相互作用的问题。月壤的物理力学性质和工程性质对这些相互作用有重要的影响。在地球上研究这些相互作用问题,需要采用能较好地模拟真实月壤主要物理力学性质的模拟月壤,以及研究不同重力场对模拟月壤工程性质的影响。本文选用吉林靖宇火山灰作为主要原材料,通过化学分析、土粒比重、颗分、最大最小孔隙比、三轴试验等基本物理力学性质试验制备模拟月壤。试验表明:使用球磨机粉碎、过0.16mm筛的靖宇火山灰的平均粒径和抗剪强度指标比月壤小;使用雷蒙磨粉碎、过0.5mm筛的靖宇火山灰能够较好地模拟真实月壤的主要物理力学性质,可用作模拟月壤。通过土工离心模型试验研究不同重力场对推板系统、拉板系统、载荷板系统、贯入系统、冲击系统等月面探测器简化人工装置与模拟月壤相互作用的影响。1g、3g和6g重力场的试验表明:不同重力场对同一尺寸的人工装置的影响较为明显;随着加速度的增大,推板、拉板、贯入器在相同的力作用下,相应的位移均减小,即随着加速度的增大,使推板、拉板、贯入器达到一定的位移所需要的力增大,但力的增大倍数不同于重力场增大倍数;推板被推开时的推力、拉板被拉出时的拉力均与相应的加速度场存在较好的线性关系;相同压力作用下,6g时小贯入器的沉降约为3g时大贯入器沉降的2倍;不同加速度条件下,不同尺寸载荷板试验得到的模拟月壤的变形模量E均在5.1～5.4MPa之间,验证了土工离心模型试验中变形模量E的比尺因数为1;在同一加速度下,大落体冲击历时约为小落体冲击历时的两倍。随着加速度的增大,同一落体的冲击历时、加速度峰值均增大。本文研究结论,可为在地球上研究月面探测器与模拟月壤相互作用提供参考。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章 绪论  9-18
  1.1 课题研究的背景和意义  9-11
  1.2 课题研究现状  11-16
    1.2.1 模拟月壤的研究现状  11-13
    1.2.2 月球与地球重力场不同对模拟月壤工程性质影响的研究现状  13-16
  1.3 本文研究内容  16-18
第2章 模拟月壤的制备  18-36
  2.1 概述  18
  2.2 模拟月壤材料的选择  18-19
    2.2.1 月壤的化学成分和矿物组成  18-19
    2.2.2 模拟月壤原材料的选择  19
  2.3 模拟月壤初始材料的制备  19-20
  2.4 火山灰特性参数测定和评价  20-35
    2.4.1 火山灰试样的化学成分  20-22
    2.4.2 土粒比重  22-24
      2.4.2.1 过0.16mm 筛的黑色靖宇火山灰、红色靖宇火山的土粒比重  22-23
      2.4.2.2 过 0.5mm 筛的黑色靖宇火山灰、金刚砂配合物的颗粒比重  23-24
    2.4.3 粒径级配  24-27
    2.4.4 颗粒形状  27-28
    2.4.5 火山灰试样的密度、孔隙比和相对密度  28-29
    2.4.6 模拟月壤试样的抗剪强度指标  29-35
  2.5 本章小结  35-36
第3章 几种简化模型与模拟月壤相互作用的离心试验研究  36-75
  3.1 概述  36
  3.2 仪器设计  36-46
    3.2.1 模型箱的设计  36-37
    3.2.2 推板系统的设计  37-39
    3.2.3 拉板系统  39-41
    3.2.4 贯入系统的设计  41-42
    3.2.5 载荷板系统的设计  42-43
    3.2.6 冲击系统的设计  43-45
    3.2.7 加压系统  45-46
  3.3 试验方案  46-47
    3.3.1 推板试验方案  46
    3.3.2 拉板试验方案  46
    3.3.3 贯入试验方案  46
    3.3.4 载荷板试验方案  46-47
    3.3.5 冲击试验方案  47
  3.4 试验过程  47-58
    3.4.1 试验准备工作  47-58
    3.4.2 试验步骤  58
  3.5 试验结果及分析  58-73
    3.5.1 推板试验结果及分析  58-61
    3.5.2 拉板试验结果及分析  61-66
    3.5.3 贯入试验结果及分析  66-68
    3.5.4 载荷板试验结果及分析  68-70
    3.5.5 冲击试验结果及分析  70-73
  3.6 本章小结  73-75
第4章 结论与建议  75-78
  4.1 结论  75-77
  4.2 建议  77-78
参考文献  78-81
致谢  81-82
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  82

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中图分类: > 航空、航天 > 航空、航天技术的研究与探索 > 航空、航天的发展与空间探索
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