月壤深層鉆取采樣鉆頭結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化.pdf

1、我國(guó)月面采樣技術(shù)的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)月壤樣品的獲取與返回地球,月壤深層鉆取采樣對(duì)采樣機(jī)具的功耗和層理信息保持有嚴(yán)格要求。本論文提出了一種復(fù)合式月壤深層鉆取采樣鉆頭構(gòu)型,并根據(jù)月面采樣技術(shù)的任務(wù)要求,以切削力和月壤擾動(dòng)率小為研究目標(biāo),通過(guò)理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)等手段,對(duì)月壤深層鉆取采樣鉆頭結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行研究。
　　首先對(duì)月壤的物理力學(xué)性能進(jìn)行研究,并根據(jù)目前已經(jīng)獲得的月壤信息,基于地面的模擬月壤實(shí)驗(yàn)結(jié)果,推導(dǎo)了月壤抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的理論公式。利用該公

2、式可以獲得任意深度處的月壤的抗剪強(qiáng)度信息,為建立取心鉆頭旋轉(zhuǎn)切削力學(xué)模型提供了基礎(chǔ)。
　　其次提出了一種復(fù)合式月壤深層采樣鉆頭構(gòu)型。通過(guò)對(duì)該構(gòu)型鉆頭結(jié)構(gòu)參數(shù)的研究,得到了切削具刃尖角對(duì)月壤壓入過(guò)程的影響規(guī)律,得出了刃尖角的設(shè)計(jì)計(jì)算公式。建立了取心鉆頭旋轉(zhuǎn)切削力學(xué)模型,并在此模型的基礎(chǔ)上分析月壤內(nèi)摩擦角、內(nèi)聚力、切削角、切削具寬深比和月壤與鉆具摩擦角對(duì)切削過(guò)程的影響規(guī)律,提出了鉆頭結(jié)構(gòu)參數(shù)的合理取值范圍。
　　建立了基于離散元

3、理論的月壤仿真模型和月壤深層鉆取采樣鉆頭模型,進(jìn)行了月壤深層鉆取采樣過(guò)程仿真。通過(guò)對(duì)不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的取心鉆頭采樣過(guò)程仿真,獲得了切削角和切削具寬深比等參數(shù)對(duì)切削力的影響規(guī)律,驗(yàn)證了理論模型的正確性,并在理論和仿真的基礎(chǔ)上確定了切削角和切削具寬深比的合理取值范圍。
　　月壤深層鉆取采樣要求獲取的月壤樣品具有一定的層理信息保持性,而層理信息的變化是由鉆頭對(duì)月壤產(chǎn)生的擾動(dòng)引起的。因此,本文建立了月壤擾動(dòng)率評(píng)價(jià)函數(shù),并基于該函數(shù)分別對(duì)切削角