TJ-1模拟月壤颗粒几何特性

颗粒几何特性是颗粒材料的一个重要物理性质,是决定颗粒材料力学性质的一个重要因素.针对软着陆模型试验所用的TJ-1模拟月壤颗粒进行了体视显微镜扫描,获取数字图像后用图形处理软件对各粒径组的颗粒进行了几何特性各指标参数的量化统计,获得了模拟月壤颗粒在延伸度、圆度和凹凸度等的具体数值,为进一步研究TJ-1模拟月壤物理力学性质与颗粒几何特性的关系提供了相关试验数据.试验结果表明:TJ-1模拟月壤颗粒具有棱角、钩角、锯齿等不规则结构,表面相对凹凸,大粒径颗粒具有明显的蜂窝状气孔结构;颗粒形状各异,主要形状有长条状、类三角形和类四边形.最后对TJ-1模拟月壤颗粒和真实月壤颗粒在几何特性方面进行了对比分析.     

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.     

钻采综合性能测试系统姿态调整装置研制

在探月工程三期中,为了模拟着陆器着陆月球表面时的各种姿态和极限着陆姿态,开展地面试验验证.研制着陆器模拟件姿态模拟装置,实现着陆器着陆姿态模拟.模拟件及姿态模拟装置为钻取采样装置、表面采样装置、样品封装与转送装置提供试验安装平台,可模拟多种月形环境下的着陆器着陆姿态.给出钻采综合性能测试系统姿态调整装置组成,分析工作原理、倾翻问题、支撑力计算问题和运动干涉问题.     

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。     

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.     

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....     

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。     

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.     

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.     

具随机粗糙界面非均匀月壤层全极化脉冲回波探测的模拟

提出低空飞行全极化L波段雷达窄脉冲探测月壤层厚与层结构的建议．月壤层为一层具有上下随机粗糙界面的有耗介质层,在下垫月岩粗糙界面上有一层随机分布的碎石散射体．推导了包含面散射、体散射,以及面-体相互作用7种散射机制的全极化脉冲波Mueller矩阵解．以月壤特征参数(月壤层厚、FeO TiO2金属含量、介电常数,界面粗糙度、碎石分布等)为函数,用时域Mueller矩阵解数值模拟来验证方法可行性,L波段窄脉冲极化回波波形能用于反演或估算月壤厚度与分层结构．     

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...     

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.     

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.     

不同养护温度下模拟月壤地聚合物力学试验与分析

月球基地建设是月球探索的重要目标,利用原位资源进行月球建设是较好选择,可有效降低月球开发建设的风险和成本.利用模拟月壤为原料制备地聚合物进行月球资源就地利用是较为新颖的一种方法.对不同养护温度和NaOH掺量的模拟月壤进行无侧限抗压强度试验、X射线衍射试验和扫描电镜试验.结果表明:不同条件下模拟月壤地聚合物的应力-应变曲线均表现为应变软化型;高温蒸汽养护可以显著提高材料的抗压强度,但过高的养护温度可能抑制强度的发展,当养护温度60℃且NaOH掺量为4.0％时无侧限抗压强度较大;模拟月壤在碱激发作用下的水化产物为水化硅铝酸盐,适当提高养护温度可较为迅速的生成大量凝胶产物,从而提高抗压强度.     

人体姿态检测装置的设计

为了解决无人监护的居家老人意外跌倒的事故,设计一种人体姿态检测装置,及时发现跌倒并报警,降低事故损害.采用LPC2114作为控制器,通过三轴加速度传感器MMA7455检测人体姿态,利用支持向量机算法进行分析,判断是否跌倒以及跌倒状态,数据通过无线方式发送至监测端,监护人通过网络可实时查看被监护人状态.数字式传感器的使用简化了硬件电路,无线传输采用短信模块TC35i,当跌倒发生时,可第一时间通过短信息形式通知监护人,体现人性化设计.     

飞行姿态仪失效时的模拟飞行分析

由于在飞行过程中,情况千变万化,各种机械事故的发生也是不可避免,而对于飞行员在各种不利的复杂飞行条件下飞行技术是一门极其关键的科目。本文通过对飞机在云层飞行时飞行姿态仪失效下的飞行操纵技术进行研究,并在自行研制的飞行模拟机上面进行试验,得出了正确的飞行处理方法。     

掘进机姿态调整模型辨识方法与精准控制

针对因掘进机姿态控制精度较差导致巷道掘进轨迹偏离进而影响煤矿生产安全与效率的问题,提出了一种基于粒子群算法的掘进机姿态调整控制模型辨识方法及模糊神经网络PID姿态控制方法。首先分析了掘进机姿态角误差与巷道断面之间关系,基于姿态运动学与液压模型确定了姿态控制系统传递函数结构,通过粒子群算法的寻优特性与输入输出信号的响应对传递函数参数进行拟合进而实现辨识。仿真结果表明,与采用最小二乘和遗传算法的辨识方法相比,所提采用粒子群算法的模型辨识方法的辨识精度分别提高了96.75%和95.15%。此外,利用模糊控制的强非线性适应性与神经网络的自学习能力设计了姿态调整的PID控制系统。搭建了EBZ-55型掘进机俯仰角控制试验平台,并在不同的试验工况下进行了多组俯仰角控制试验。试验结果表明,基于粒子群模型辨识方法的模糊神经网络PID控制方法比模糊PID控制方法最多可降低57.1%的超调误差以及53.5%的响应时间,并能稳定实现1°以内的姿态角控制。该方法可为掘进机及大型液压设备的姿态控制提供有效的技术支撑与参考。     

光电子封装超精密运动平台末端姿态调整

针对光电子封装中超精密平台运动控制困难,末端坐标系与各轴运动关系复杂等问题,对串联机构的几何结构以及单自由度运动轴与末端姿态变换的关系进行研究.其步骤是:首先,基于串联机构的D-H方程,分析运动轴与其位姿的坐标变换并建立各运动轴和末端阵列光纤的位姿运动方程;然后,以末端点为原点,由位姿运动方程导出保持末端点不动的轴运动约束方程;最后,由约束方程导出旋转轴运动条件下移动轴的运动补偿方程.研究结果表明:在微小行程下,通过旋转轴行程的均匀细分和移动轴的运动补偿,末端原点的运动范围大大减少,减少的比例与细分系数近似呈正比.     

四足机器人坡面运动时的姿态调整技术

提出了一种四足机器人对脚小跑步态下的坡面运动姿态调整策略.采用复合摆线对机器人足端轨迹进行规划,以减小足端在换相点处与地面间的瞬时冲击;以机器人质心在斜面上的落点到支撑线的距离为判据进行四足机器人坡面运动稳定性分析,得到其姿态调整的确定值.在Adams中建立了四足机器人的虚拟样机模型并进行了仿真试验,试验结果证实所提出的姿态调整策略对提高四足机器人坡面运动稳定性有效.