应力旋转对TJ-1模拟月壤变形特性的影响

登月成功后月球车辆的行驶以及月球基地的建设均涉及到主应力轴旋转问题,为此采用空心圆柱扭剪仪进行了两个系列的主应力轴旋转试验,以研究中主应力系数和平均应力对主应力轴旋转条件下同济一号(TJ-1)模拟月壤变形及非共轴特性的影响.试验系列I中保持平均应力、偏应力比不变,进行了不同中主应力系数的主应力轴旋转试验;系列II则是保持偏应力比、中主应力系数不变,进行了不同平均应力下的主应力轴旋转试验.结果表明中主应力系数、平均应力均对主应力轴旋转过程中TJ-1模拟月壤的变形特性影响显著.着重分析了中主应力系数、平均应力对TJ-1模拟月壤在主应力轴旋转过程中各应变分量、体变的发展趋势以及非共轴特性的影响,以期为登月成功后与月壤相关工程的设计提供参考.     

月壤工程地质特性综述

根据国内外的最新研究成果,综述了近年来月壤工程地质力学特性研究的新进展.首先简述了月壤的矿物特征与化学成分,分析了月壤的级配、颗粒形态与孔隙率等物理性质;然后总结了月壤的变形特性与强度特征,阐述了目前模拟月壤的主要类别,及其内摩擦角、弹性参数等力学参数的研究成果;最后指出月壤研究中存在的问题,即模拟月壤试验必须注意环境变量(如弱重力)及化学成分对于工程地质性质的影响,同时应加强对月壤动力性质方面的研究.     

模拟月壤颗粒形状特征及其对抗剪强度影响分析

为研究颗粒形状特征对抗剪强度的影响,对模拟月壤颗粒进行体视显微镜扫描拍照,并利用图形处理软件对各粒径组颗粒的形状特征进行量化统计.结果表明:模拟月壤颗粒的主要形状有圆形、类椭圆形、类三角形和类正方形等.利用PFC 3D软件中的Clump命令构造出不同形状的模拟月壤颗粒并通过三轴试验数值模型研究其抗剪强度指标值,模拟结果表明:颗粒形状对模拟月壤的抗剪强度指标值有着明显的影响,其中构造出的类椭圆体颗粒试样抗剪强度最大,而规则的球体颗粒试样的抗剪强度最小;当颗粒形状都是类三角体时,凹凸度越大,试样的抗剪强度指标值也越大.     

TJ 1模拟月壤承载特性物理模型试验研究

借助现代土力学试验技术研究月壤工程特性,是解决月球上岩土工程问题的一个可行方法.室内载荷物理模型试验是研究土体承载特性的重要方法.本研究自行设计加工了一套可以实现加载速率控制的加载装置,采用试验材料为Tongji-1(简称TJ-1)模拟月壤,对4种不同尺寸的圆盘载荷板进行加载速率控制条件下的载荷模型试验,同时测定了基底土压力分布.试验结果表明:在相同载荷板条件下,TJ-1模拟月壤的地基极限承载力和变形模量随加载速率的增加而增加;在相同加载速率条件下,TJ-1模拟月壤的地基极限承载力和变形模量随载荷板尺寸增加而增加;加载时基底中心土压力最大.     

模拟月壤样品主微量元素的ICP-MS准确测试

月壤的化学成分可以揭示月球的形成与演化等科学问题.美国"Apollo"和苏联"Luna"取回的月球样品大多利用中子活化分析法测定其中的元素组成.但是,随着仪器和分析测试技术的进步,电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)越来越多地应用于地质样品的元素分析.对于珍贵的月壤样品应当追求获得更高准确度的同时尽量减少分析的耗样量....     

JSC 1A模拟月壤气动开挖试验研究

鉴于月球表面高真空、低重力,以及月壤颗粒极强摩擦性的环境特征,地球上常规的重力式开挖设备在月球上很难完全地发挥其工作性能.而利用高压气体在进入到真空中膨胀的性质来进行月表土壤的开挖,则可避开开挖设备过多的机械摩擦,以及巧妙地利用了月球表面的高真空环境.压缩气体的脉冲喷气方式、开挖设备挖掘管的插入深度、压缩气体的气压值等因素都会影响到气体质量效率,为了研究上述影响因素对于气体质量效率的影响,基于高压气体开挖月表土的理论,自主研发了一套模拟月壤在真空环境下开挖的试验装置.通过对影响气体质量效率的因素进行多工况试验发现:气体质量效率在脉冲喷气方式为开0.5s、关0.5s时最大;气体质量效率与挖掘管的插入深度在一定范围内成正比,即挖掘管插入深度越大,气体质量效率越高;气压值则需要设定合理的值才能使气体质量效率最大.     

颗粒材料力学特性的数值模拟

针对颗粒介质特殊的力学特性,研究了二维颗粒堆积体中力的传递与分布,应用离散元理论建立数值模拟模型,并计算了堆积体中的接触力.结果表明,计算结果与物理试验现象较为吻合,在模拟中同时反映了颗粒介质中的拱效应和双峰现象.     

模拟月壤地聚合物的力学特性及固化机理

为减少月球建设的成本和风险,采用以模拟月壤为原料制备地聚合物的方法进行原位资源利用.对不同NaOH掺量和龄期下的模拟月壤进行无侧限抗压强度试验、X射线衍射和扫描电镜.结果 表明:不同试验条件下固化模拟月壤的应力-应变曲线均表现为应变软化的特性,呈脆性破坏特征;强度随碱掺量的增加呈先下降再上升再下降趋势;碱激发水化产物主...     

月球极区冻土模拟月壤钻进试验研究

月球极区已经发现水资源存在的证据,极区水资源的探测、采集与利用技术日益成为世界各国研究的热点。冻土是月球极区水资源存在的重要形式,对极区冻土实施采样返回作业是未来深空探测的重要任务内容。为满足未来冻土采样任务需求,在中国首次开展了冻土模拟月壤采样技术试验研究。基于探月三期模拟月壤制备基础,结合国内外极区冻土类月壤含水量探测与分析信息调研,进行不同含水量的冻土模拟月壤制备,开展钻取试验,初步总结冻土类模拟月壤钻进特性。通过试验得出结论,相较于高密实度的无水模拟月壤,冻土类月壤黏度更大,所需钻进力载更大,钻进过程排粉状态明显不同,需采用的钻进策略也有显著差别,样品形态因含水量不同呈现块状散体或柱状。试验获得了冻土模拟月壤钻进特性第一手资料,可支持后续冻土月壤采样技术深入研究。     

模拟月壤微观结构形态的定量化研究新方法

针对土体的微观结构测试设备价格较高、操作相对复杂以及传统的微观结构测试主要针对单一粒组进行的缺陷,以同济一号(简称TJ-1)模拟月壤为例,介绍了一种可测定由不同粒组组成的砂样微观结构参数(如长短轴比例、粗糙度)的新方法.通过电镜扫描获取TJ-1模拟月壤不同粒组颗粒的高倍清晰照片,利用AutoCAD和MATLAB软件获取各粒组的微观结构参数.采用离散元数值试验,近似确定TJ-1模拟月壤中各粒组颗粒所受接触力占所有颗粒接触力的权重,并与各粒组形态参数的平均值相结合,采用加权平均,最终获取TJ-1模拟月壤形态参数的代表值.     

模拟电容与电感及其仿真分析

模拟电容与模拟电感在集成电路中得到了广泛的应用．本文引入模拟电容与模拟电感模型，对两模型电路作了详细的时频分析和EWB(Electronics Workbench)软件仿真分析．以五阶Butterworth滤波器电路为例，通过对滤波器电路及其仿真电感替换电路的仿真对比分析，进一步验证了仿真电感模型的电感特性．     

月壤大颗粒对钻进力载影响的仿真及实验研究

采用离散单元法(discrete element method, DEM)和实验方法, 研究用螺旋钻具钻取月壤的过程中, 月壤内部大颗粒位置和构型对钻进力载特性的影响。通过 DEM 方法和实验方法研究结果的对比分析, 明确了DEM方法在钻取动力学中的局限性及有效性, 发现钻进过程中碰到大颗粒时的典型力载特征及影响大颗粒有效拨开的关键因素是表面形态。     

水玻璃固化模拟月壤抗压强度增长机理分析

月球基地建设需要大量建筑材料,其中原位利用月壤能有效减少材料和运输成本。为了研究水玻璃固化模拟月壤抗压强度增长机理,分别进行了不同水玻璃掺量下的模拟月壤单轴抗压强度试验,X射线衍射和SEM(scanning electron microscope)电镜扫描试验,得到了水玻璃固化模拟月壤的单轴抗压强度变化规律,分析了能量变化特征和微观结构。研究结果表明：掺入适量水玻璃能提高模拟月壤的单轴抗压强度;采用掺量为5%的水玻璃,在85℃条件下养护28 d模拟月壤的抗压强度可达到3.23 MPa;此时模拟月壤的总能量和弹性能均达到最大值,随着水玻璃掺量不断增加,耗散能整体上呈现下降趋势。微观结构分析表明：水玻璃的碱激发作用和吸附作用所生成N—A—S—H凝胶、钙矾石(AFt)等水化产物填充在颗粒周围,松散的骨架颗粒通过凝胶胶结成致密的网状结构,从而使模拟月壤的强度得到提高。