月壤样品软袋多道异构封口技术研究

摘要

钻取采样装置是探月三期工程月面采样方式之一，将利用无滑差软袋取芯的方式获取深度约2米并保持层序信息的月壤剖面样品。在钻进过程中，月壤样芯被取芯软袋及时包裹，钻进结束后，取芯软袋的末端需要进行高可靠的密闭封口处理，以防止样品散落。若密闭封口组件失效，将会导致样品遗失、返回过程中样品遗洒失序等后果。为此，开展月壤样品软袋封口技术及其可靠性提升研究具有重要的学术研究和工程实用价值。本文提出了用多道异构技术措施保证封口可靠性的研究方案，开展了位移约束型和力约束型封口组件方案设计、异构匹配和封口可靠性评估等研究工作。
　　分析了无滑差取芯钻具的系统组成和工作原理，提取出了样品软袋可靠封口的功能需求和技术指标要求，提出了占位簧片形式的力约束型封口方案以及拉绳系扣位移约束型封口方案。利用土力学的莫尔——库伦准则，建立了软袋内月壤样品的破坏失效模型，为封口力计算提供了技术依据。在此基础上，建立了拉绳系扣封口器封口拉索与月壤的相互作用力学模型和占位簧片内翻过程弹塑性变形力学模型，为封口器的详细设计提供了负载参数依据。
　　开展占位簧片和拉绳系扣封口器之间的协同工作和位置关系匹配性研究，获得了多道异构型封口器在软袋上的布置方案。利用弹塑性金属薄片小曲率强制翻转过程的残余变形效应，实现了铍青铜薄片的簧片加工，完成了力约束型占位簧片封口器的详细设计并研制了实验件；利用编织型软袋纤维的经纬咬合作用原理，实现了纬纤抽丝对软袋的径向位移约束型封口作用，以Kevlar纤维为基础材料，完成了拉绳系扣封口器的详细设计并研制了实验件。研制了封口器综合性能测试实验台，对两种封口器的封口负载和封口特性以及封口器的高低温环境耐受性能开展了实验验证。实验结果表明，占位簧片封口器和拉绳系扣封口器都能独立完成样品软袋的封口功能；两种封口器相组合，能适应更为复杂的样品形态。
　　以航天器产品可靠性设计与评估规范为依据，对多道异构型封口器的可靠性评估方法进行了研究。采用了特征量为性能参数的可靠性实验方法，开展了多道异构型封口器的封口可靠性实验，验证了封口器的可靠性。

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第1章 绪 论

1.1 课题来源及研究的目的和意义

1.2 国外月球采样技术研究现状

1.3 国内月球钻取采样技术研究现状

1.4 课题主要研究内容

第2章 异构型封口器力学建模研究

2.1 引言

2.2 月壤及模拟月壤物理力学特性分析

2.3 月壤样品无滑差取芯钻具封口需求分析

2.4 位移约束型封口组件封口作用力学模型研究

2.5 力约束型封口组件封口作用力学模型研究

2.6 本章小结

第3章 多道异构封口器设计与分析

3.1 引言

3.2 多道异构型封口器方案设计

3.3 占位簧片封口器设计与分析

3.4 拉绳系扣封口器设计与分析

3.5 本章小结

第4章 封口器综合性能实验研究

4.1 引言

4.2 封口器综合性能实验台研制

4.3 拉绳系扣封口器实验研究

4.4 占位簧片封口器实验研究

4.5 多道异构组合封口实验

4.6 本章小结

第5章 样品软袋封口可靠性分析

5.1 引言

5.2 航天器机构可靠性分析方法

5.3 多道异构封口器的可靠性分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

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