基于离散元理论的月尘颗粒接触力学特性研究

摘要

月尘是月球表面附着的粉末状物质，由于具有较强的黏附性和静电特性，月尘容易在月球探测器各装置的表面上沉积，并有可能进入机构间隙，造成设备堵塞、机构卡死等问题。目前常用的颗粒接触力学本构模型将颗粒简化为光滑、均质的球形颗粒，不能对不规则月尘颗粒的接触特性进行合理描述，无法反应月尘颗粒进入机构间隙后的真实作用情况。基于以上问题，本文结合月尘性质对现有接触力学模型进行改进，提出基于形状描述的月尘颗粒接触力学模型，并利用该模型进行月尘颗粒对运动副运动特性的影响研究。
　　结合月尘性质对现有接触力学模型局限性进行分析和改进，将不规则形状引入力学模型中，对月尘颗粒进行基于分形理论的形状建模和基于傅里叶理论的形状建模，同时对两种建模方法进行比较和选用，最终得到月尘颗粒形状描述数学模型。此外，进行模拟月尘样品颗粒图像采集，对得到的颗粒二维投影轮廓图像进行后处理和分布统计，得到模拟月尘颗粒形状分布概率模型。
　　在月尘颗粒形状描述数学模型基础上建立基于形状描述的不规则月尘颗粒接触力学模型，并通过月尘颗粒法向力学特性测试试验对其加以验证。利用基于形状描述的不规则颗粒接触力学模型对不规则颗粒进行球颗粒等效，提出基于分段函数拟合的等效算法，并通过离散元软件二次开发平台编写力学模型插件，验证算法可靠性。
　　采用不规则颗粒等效模型并按照模拟月尘颗粒形状分布概率生成大量颗粒，进行月尘颗粒对运动副运动特性影响的离散元仿真，通过仿真过程中转矩变化判断是否出现卡死现象，同时对比轮轴掩埋试验结果，分析仿真结果正确性。最终通过离散元仿真实现偏心距、转速以及配合表面性质等因素对转矩影响的仿真预测，结合仿真结果对未来月面探测器的设计提出理论性建议。

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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 月尘对月面探测器影响效应研究概况

1.3 离散元理论发展概况

1.4 颗粒接触力学模型发展概况

1.5 课题主要研究内容

第2章 不规则月尘颗粒形状理论模型建立

2.1 引言

2.2 月尘性质

2.3 不规则月尘颗粒形状建模

2.4 不规则月尘颗粒形状分布概率建模

2.5 本章小结

第3章 基于形状描述的不规则月尘颗粒接触力学特性研究

3.1 引言

3.2 不规则月尘颗粒法向接触力学模型建立

3.3 模拟月尘颗粒法向力学特性测试试验验证

3.4 不规则颗粒等效算法

3.5 不规则颗粒等效模型仿真验证

3.6 本章小结

第4章 月尘颗粒对运动副运动特性影响的离散元仿真

4.1 引言

4.2 月尘颗粒对运动副运动特性影响的离散元仿真

4.3 月尘颗粒对运动副影响的试验研究

4.4 不同因素对运动副影响的离散元仿真

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

声明

致谢

附录