月壤静力学特性的离散元模拟

以典型月壤的物理力学性质为参照标准,采用颗粒流程序PFC3D对月壤静力学特性进行了离散元模拟研究。通过离散元模拟三轴试验反复调整颗粒细观参数,建立了月壤离散元接触力学模型;描述了月面探测车辆行驶下的月壤承压特性模型与剪切特性模型;从月面探测车辆的行驶观点出发,模拟压板试验,得出了载荷-沉降关系;通过模拟履带板试验得出了剪切应力-位移关系。最后,计算出了月壤的变形模量K为1635 kN/mn+2、变形指数n为1.22,剪切变形模量k为1.35 cm。结果表明,模拟试验值与模型预测趋势一致。     

月壤特性对月球车轮地相互作用力的影响

为了了解月壤特性变化对于月球车轮地相互作用的影响,对月壤的物理和力学特性参数进行分析,制作模拟月壤进行土壤参数测量实验和月球车轮地相互作用实验.根据实验数据及轮地相互作用力学模型进行模拟月壤参数的估计和辨识,将典型月壤参数带入模型进行理论分析和数值分析,并与试验中获取的车轮土壤相互作用数据进行对比.结果表明:土壤的承压特性参数主要影响车轮沉陷量,车轮驱动阻力矩主要受土壤的剪切特性影响,反映土壤物理特性的接触角系数变化对于轮地作用影响相对较小.该研究为进行月球车车轮力学性能的全面分析和月壤参数辨识等的应用提供了理论基础。     

基于颗粒离散元磷石膏尾矿库溃坝模拟

尾矿库作为具有高势能的人造泥石流库,一旦溃坝将会对下游造成威胁,因此有必要对尾砂下泄影响范围进行计算分析。以磷石膏尾矿库为工程背景,采用颗粒离散元方法对尾矿库的尾砂进行了休止角数值模拟试验,确定了抗滚动接触模型中细观滚动力学参数,并据此模拟了初期坝以上溃决与整体溃决这2种情况下尾矿库的溃坝过程,为相关防控工作提供参考。结果表明：初期坝以上溃决情况下,尾砂滑移最远距离为870 m,未对下游村落造成明显影响,而整体溃决情况下的尾砂最大滑移距离为1 000 m,已到达下游窑岗上村,需要做好防控措施;溃坝对下游造成的破坏程度受宣泄尾砂方量影响,方量越大,下游的破坏程度越大。     

双锥形模拟月壤烘干装置的设计

模拟月壤中的含水率指标会影响采样试验所测得的转矩和功耗参数,甚至有可能影响试验实测取芯率的准确性.为了排除模拟月壤中含水率这一扰动因素,本文给出低含水率模拟月壤烘干系统的设计方法.该系统主要采用电加热及真空干燥系统,通过位于加热筒体内的螺带结构实现物料的旋转翻动,确保物料受热均匀.并且加热筒体利用双锥筒形代替普通筒形,从而使得物料能够毫无残留的全部排出.该装置具有操作简单,节约能源,物料干燥均匀,热效高的特点.     

离散元法侵彻混凝土靶板数值模拟研究

基于细观力学原理,采用非连续的离散元软件PFC3D对S.J.Hanchak的弹丸侵彻混凝土靶板的部分试验进行数值模拟,使用平行接触模型模拟混凝土颗粒之间的接触力和力矩,对弹丸的剩余速度和靶板的破坏形式进行对比。结果表明:使用非连续的离散元法模拟多项非均质的混凝土是很合适的。同时分析了混凝土的非均质性对弹丸剩余速度和偏转角的影响,为弹丸高速侵彻混凝土靶板时,混凝土是否可以考虑成均质材料提供一定参考。     

筒仓侧压力的离散元数值模拟

采用离散单元法(DEM)建立了一种筒仓缩尺模型,该缩尺模型能够提供计算原型筒仓所需的重力场.并模拟了该筒仓缩尺模型的静态侧压力,得到模型筒仓的静态侧压力与原型筒仓的Janssen公式计算值相符合的结论,并通过对该模型筒仓卸料过程的模拟分析,得到了筒仓动态侧压力变化趋势和超压系数的范围.     

孔隙空间分布对粗粒土强度变形特性影响研究

为了深入认识粗粒土的强度变形机理,以孔隙结构的不均匀性为研究对象,通过分析孔隙的数量变异性、体积变异性和偏聚效应,定义了可以定量刻画粗粒土孔隙空间变异性的孔隙空间分布系数.并利用PFC3D和Abaqus软件进行了粗粒土的数值模拟三轴试验,结果表明:在其他条件不变时,随着孔隙空间分布系数增大46.8％,粗粒土的弹性模量、...     

含临界尺度颗粒月壤的钻进负载特性分析

为了解决月壤钻探取样过程中所存在的由临界尺度月壤颗粒导致负载异常的问题,从试验与离散元仿真两方面研究钻具在含临界尺度颗粒月壤中的负载特性,揭示临界尺度月壤颗粒与钻具的作用机理,以期为钻进规程制定和月壤机械性质反演等提供支撑。结果表明：临界尺度颗粒运移特性与钻进负载具有强关联性。临界尺度颗粒半径越大,偏置距离越小,钻头负载越大,对应的工况就越危险;临界尺度颗粒的形状对负载的大小及变化趋势影响不大,但会增加负载曲线的波动幅度,使钻具抖动。钻具卡钻和堵钻现象主要由临界尺度颗粒与钻具的伴随运动导致,偏载现象由临界尺度颗粒在钻具周围的螺旋运动导致;其中,颗粒在钻具周围伴随运动的幅度受颗粒长径比变化影响,长径比较大时会导致钻具负载波动剧烈。     

高大平房仓散装粮粮堆底部压力的离散元模拟

对高大平房仓模型仓散装粮粮堆底部压力进行PFC离散元模拟,并与试验结果、规范值进行对比,研究了粮堆底部包括竖向压力、水平压力和竖向摩擦应力等在内的底部压力的分布规律,研究了粮堆底部竖向压力与粮堆堆积高度之间的关系。结果表明:离散元软件PFC(3D)能够很好地模拟粮堆底部压力的非均匀性;当粮堆堆积高度较低时,底部竖向压力较小且较为均匀,随着堆积高度的增加,底部竖向压力逐渐增大并出现非均匀现象;粮堆底部任意一点压力与仓壁摩擦应力、粮堆内部摩擦应力以及该点到两侧仓壁(两侧仓壁垂直相交)的水平距离有关;底部竖向压力的不均匀程度随着粮堆高度的增加而增大;粮堆底部各点,其竖向压力随粮堆高度的变化率不同,竖向压力与粮堆高度之间的关系在堆积高度较高时呈非线性,竖向压力随粮堆高度缓慢增加。     

挤扩支盘桩承载特性的FLAC3D模拟

利用岩土三维数值模拟软件FLAC3D对挤扩成型支盘灌注桩的承载特性进行模拟分析,通过与实际测桩曲线的对比,证明模拟较为成功.阐释了该桩的承载特性,并对破坏形式进行分析,指出了下部承力盘承载力发挥的滞后性,为工程应用提供了依据.     

月壤岩土工程问题研究进展

针对中国探月工程开展过程中遇到的月壤特性问题,综述国内外月壤的基本物理力学性质以及模拟月壤和机构相互作用的研究现状.给出模拟月壤的粒度分布、密度、孔隙比、强度指标和压缩指数等几参数的取值范围.总结出模拟月壤三轴试验的主要控制指标有：相对密度、围压、剪切速率等,并简要分析高真空度对模拟月壤性质的影响.通过对月球车研制中月壤对车轮牵引特性的影响、软着陆中月壤对足垫冲击响应等研究的发展现状的回顾,指出离散元方法在月壤特性分析和机构与模拟月壤相互作用等领域的应用前景.针对新型模拟月壤研制、模拟月壤本构关系和多种月面环境耦合下对月壤性能的影响等亟待解决的问题.     

基于刚柔耦合模型的月球车振动特性仿真

为了分析月球车在月表环境下的振动特性,将其作为一个刚柔耦合多体系统,基于三维实体造型和多体动力学分析软件建立了刚柔耦合动力学模型。根据美国国家航空航天局的研究,建立了月球表面位移功率谱数学模型,结合谐波叠加法获得了月表不平度。以六轮月球车样机JLUIV-6为研究对象,通过典型越障工况试验验证了所建模型的可靠性。以月面不平度作为振动激励对所建立的动力学模型进行了仿真,分析了月球车车体的振动响应及振动加速度幅频特性。结果表明,月球车在0.8～1.8Hz处存在明显的共振区域,为月球车系统设计及优化提供了依据。     

基于月貌匹配的视觉导航方法

针对月面探测器在接近、下降、着陆阶段所要完成的精确导航任务,提出了一种基于月貌匹配的月面探测器的视觉导航方法.月面探测器下降过程中,与探测器固联的CCD相机所拍摄的月面图像相对于图像数据库存在较大的旋转和缩放.采用Scale Invariant Feature Transform(SIFT)算法提取月貌特征并在图像数据库中进行匹配,克服了存在较大的旋转和缩放的图像的匹配问题.最后,利用月貌匹配点的地理信息,通过2D/3D位姿估计方法,估计出探测器在地理坐标系下绝对的位置和姿态.仿真结果表明该方法有效,可以应用在月面探测器在接近、下降、着陆段的导航任务中.     

月球车视觉系统立体匹配算法

为了满足月球车视觉系统实时性和可靠性的要求,提出了一种基于点和边缘特征提取的立体匹配算法.首先采用高斯滤波和有限对比适应性直方均衡化(CLAHE)方法对校正后的立体图像对进行预处理,以削弱噪声和对比度的影响.其次研究了图像的SIFT特征点和边缘特征提取和匹配方法,以获得月球车周围的环境概貌和障碍物信息.最后将匹配成功的...     

福州市区复合土体工程特性及其作为桩基持力层研究

福州市区海陆交替相沉积的砂和淤泥组成的复合土体,其结构特征从上到下可分为10层,依次是：（1）杂填土;（2）粘土;（3）淤泥,（4）细砂夹淤泥;（5）中砂夹淤泥;（6）淤泥中粗砂互层;（7）淤泥;（8）粉质粘土;（9）淤质土（粉细砂）;10含泥圆砾卵石。以上这些地层组成了沉积盖层;（2）,（3）两层是福州湾晚期内陆相积,（4）,（7）层为中期海陆交替相沉积,（8）－（10）层是早期陆相冲洪积而成的,（10）层以下为基层风化而成的基底。本文探讨的重点为（4）－（6）层的复合土体,埋深在7－30余m,厚度20多m,其工程特征随着分布区域不同而有所区别,但仍有一定的规律性,通过一系列的原位测试,室内试验,所获数据经过分析对比,再通过成桩静载试验,单桩极限承载可达800KN左右,从而证实复合土体可作为多层建筑物及厂房的桩基础持力层,在付诸工程实践后,经过2－5年跟踪监测,沉降量在15－63mm,建筑物未出现裂缝或倾斜,表明复合土体作为一般厂房及多层建筑物的桩基础持力层是安全,可行的。     

基于力反馈手柄的移动载人月球车操作控制系统

移动载人月球车相关技术的研究是我国未来载人登月探测的重要任务.根据载人月球车的需求,本文从航天员操作舒适度和操作工作空间出发,设计了一种面向载人月球车操作的力反馈手柄,在具体的场景设计下可以带给航天员力触觉感受,辅助航天员进行安全、有效的驾驶行为.基于力反馈手柄的移动载人月球车操作控制系统包含力反馈手柄、硬件系统、软件...     

月球车驱动轮在不同介质上的牵引性能

在月壤-车轮土槽测试系统上对月球车驱动轮在不同介质条件下的牵引性能进行了试验研究。试验结果表明:当滑转率在0～80%时,挂钩牵引力和效率系数呈现增加趋势,压实2次和4次的模拟月壤分别比自然状态时最大挂钩牵引力提高了38.9%和66.7%,最大效率系数提高了69.9%和171.6%。水泥路面的牵引性能要高于模拟月壤上的牵引性能,且当滑转率为20%时,驱动轮在水泥路面上的挂钩牵引力为其在模拟月壤上的8.2倍。驱动轮在模拟月壤和石英砂上的牵引性能相似,前者略好于后者,当滑转率为10%时,挂钩牵引力分别为36.8N和33.1N。     

Wheel slip-sinkage and its prediction model of lunar rover

In order to investigate wheel slip-sinkage problem, which is important for the design, control and simulation of lunar rovers, experiments were carried out with a wheel-soil interaction test system to measure the sinkage of three types of wheels in dimension with wheel lugs of different heights and numbers under a series of slip ratios (0–0.6). The curves of wheel sinkage versus slip ratio were obtained and it was found that the sinkage with slip ratio of 0.6 is 3–7 times of the static sinkage. Based on the experimental results, the slip-sinkage principle of lunar’s rover lugged wheels (including the sinkage caused by longitudinal flow and side flow of soil, and soil digging of wheel lugs) was analyzed, and corresponding calculation equations were derived. All the factors that can cause slip sinkage were considered to improve the conventional wheel-soil interaction model, and a formula of changing the sinkage exponent with the slip ratio was established. Mathematical model for calculating the sinkage of wheel according to vertical load and slip ratio was developed. Calculation results show that this model can predict the slip-sinkage of wheel with high precision, making up the deficiency of Wong-Reece model that mainly reflects longitudinal slip-sinkage.