淺層月壤采樣過程的機土耦合作用研究.pdf

1、近年來，月球探測已成為國內(nèi)國際宇航界的研究熱點，月壤采樣即是其重點任務之一。由于月壤所處環(huán)境特殊，其性質(zhì)與地球土壤差異很大，采樣機構(gòu)與月壤接觸時相互作用關(guān)系十分復雜，與采樣機械臂的多體動力學特性耦合后將給控制系統(tǒng)設計帶來很大困難。本文主要針對淺層月壤采樣過程中的機土耦合作用進行研究。
　　本文首先基于離散元方法對月壤進行建模，給出了月壤顆粒單元的接觸力學模型并詳細闡述了法向及切向接觸力的計算方法，對顆粒受力后的運動采用動態(tài)松弛法進

2、行求解。之后總結(jié)了月壤的物理力學性質(zhì)，對月壤計算機建模提供了宏觀及細觀參數(shù)的選擇依據(jù)。利用離散元軟件對月壤采樣過程進行了動態(tài)仿真，通過分析月壤的動態(tài)滑移過程和不同時刻月壤速度及應力的分布情況，驗證了模型的正確性。由于采樣初始時刻鏟斗受力發(fā)生突變，對系統(tǒng)振動影響很大，因此對不同鏟挖角下的鏟斗初始受力狀態(tài)進行仿真，同時觀察月壤形變及應力分布，結(jié)果表明鏟斗初始受力隨鏟挖角增大而增大，幾乎呈線性關(guān)系。對月球車基體及采樣機械臂系統(tǒng)進行動力學建模，