月壤样品袋整形缠绕过程动力学仿真

摘要

在我国探月三期月壤钻取采样的任务中，月壤样品袋的整形缠绕回收是其中的重要过程之一。在整形缠绕样机试验的过程中经常会出现样品袋重叠缠绕、样品袋滑落等缠绕失效的情况，针对此情况，对样品袋整形缠绕系统进行仿真，建立系统方程，分析判断样品袋是否重叠并计算样品袋缠绕不至滑落的条件，为月壤样品袋整形缠绕的顺利进行提供理论参考。
　　本研究主要内容包括：⑴根据系统特点选取卷筒入口处参数作为系统描述变量，由卷筒与样品袋之间的速度等关系建立系统方程。计算待卷入卷筒的样品袋的弧长随时间的变化，并针对过渡段弧长求解的难点，选取计算几何中的累加弦长法对其插值计算。由此得到系统的运动规律。根据系统运动方程计算导向套的最优运动速度，并判断样品袋是否重叠缠绕。⑵分析样品袋缠绕在卷筒上所需的条件。根据虚功率原理求解样品袋所受的拉力，得到样品袋在卷筒入口处所受的拉力，根据此处拉力对卷筒上样品袋的点进行受力分析，列出卷筒上样品袋的动力学方程，求解动力学方程得出样品袋与卷筒间的接触力。当样品袋与卷筒间法向接触力小于零时，样品袋与卷筒脱离；当样品袋与卷筒径向接触力小于其间的滑动摩擦力时，样品袋从卷筒滑落。⑶针对此整形缠绕系统应用MATLAB编写仿真软件，由仿真软件计算不同参数下的月壤样品袋重叠缠绕点、机构各结构特征点弧长坐标、卷筒所受阻力矩、缠绕失效时刻及缠绕失效位置。分析不同的导向套速度和不同的结构参数对缠绕结果的影响，得出样品袋的缠绕重叠情况对导向套的运动速度非常敏感，给出样品袋正常缠绕的导向套速度；分析得到样品袋拉力和样品袋与卷筒间的摩擦力是影响样品袋滑落的关键力学因素，从而给出降低样品袋滑落风险的建议。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题研究的背景

1.2 国内外探月发展现状

1.3 整形缠绕过程力学建模方法现状

1.4 本论文的主要研究工作

2 月壤样品袋整形缠绕系统模型

2.1 月壤样品袋整形缠绕系统机构简介

2.2 样品袋整形缠绕系统运动方程

2.3 样品袋弧长的确定

2.4 本章小结

3 整形缠绕系统受力及缠绕分析

3.1 缠绕条件

3.2 样品袋受力分析

3.3 卷筒阻力矩

3.4 本章小结

4 整形缠绕动态仿真软件

4.1 SampleBagReshaping软件简介

4.2 仿真软件中样品袋的图形展现方法

4.3 本章小结

5 月壤样品袋整形缠绕仿真结果分析

5.1 系统默认参数下的缠绕结果分析

5.2 不同导向套速度下的样品袋缠绕分析

5.3 不同结构参数下的样品袋缠绕分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢