小重力环境无黏性土力学特性试验研究
发布时间：2022-02-08 12:04
月球基地建设与矿产资源开发的基础和关键是充分掌握月壤的力学与工程特性。现有研究主要基于地面力学,或采用数值模拟等方法,缺少对小重力环境的真实模拟,难以系统、准确、可靠地揭示月壤的力学与工程特性与重力场环境之间的关系。因此,本文采用“水泥粉+Fe3O4磁粉”研制了新型磁敏性无黏性土体相似材料,利用搭建的磁拟重力场物理模型试验系统,实现了在磁场环境下准确模拟出小重力场环境。进一步通过优化材料的颗粒尺度和级配,初步实现与真实月壤在颗粒尺度和级配等物理指标方面的一致。先后开展了不同小重力场环境下的三轴压缩试验、静力触探以及平板载荷模型试验,研究重力场对无黏性土强度、宏观变形和承载能力等力学与工程特性的影响规律。首先,通过小重力、低围压三轴压缩试验,系统分析了无黏性土试样在剪切变形过程中其变形模量、泊松比、峰值强度、临界内摩擦角和内聚力等宏观力学指标与重力场间的关系。试样的宏观变形表现出明显的先剪缩后剪胀的变化规律。试样最终剪切破坏时剪胀量随围压和重力场的增大呈现出减小趋势,并分析了试样剪胀角随重力场改变的变化规律。其次,通过小重力环境静力触探模型试验,系统分析了重力场对锥尖阻力及归一化锥尖阻力...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：116 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1-1月球矿产资源开发与基地建设(NASA设想图)Figure1-1Exploitationmineralresourcesandbaseconstructionoflunar(assumedbyNASA)
中国首台火星探测器（CNSA设想图）Figure1-2China'sfirstMarsprobe(assumedbyCNSA)
联完成了登月采样(图1-3、图1-4)。月壤的钻探采样研究有着重大的意义：首先月壤的钻探采样有助于明确不同层次月壤物理及力学性质，有助于人类进一步研究月壤资源及宇宙起源等问题；其次，可以为将来月球基地建设与资源开发活动做好理论研究工作；另外，月壤的钻探采样的研究结果也为火星等星体的钻探采样提供技术借鉴。图1-3 Apollo模拟月面采样（USA）Figure 1-3 Simulated lunar soil sampling(USA)图1-4 Luna16月球探测器（前苏联）Figure 1-4 Luna16 lunar probe (Soviet Union)月壤的钻探取样是在极端条件（小重力、高真空、强辐射、大温差大等）下进行的，是目前钻探领域技术难度最大的问题之一。另外月球的特殊环境也要求钻探系统质量更轻、能耗更低、强度更高，因此有必要在地球上通过试验方法研究不同小重力环境下土的力学特性变化规律，从而为明确在特定的小重力环境下钻进过程中探头与土相互作用的力学规律，为钻探钻具的结构、材料、规程设计
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于渗水力加荷对侧向受荷桩的试验研究[J]. 袁炳祥,陈锐,杨雪强,罗庆姿,彭涛,汪亦显,谌文武. 岩石力学与工程学报. 2016(S2)
[2]采用环向周期边界的静力触探三维离散元模拟[J]. 杨彦骋,邓益兵,史旦达,薛剑峰. 岩石力学与工程学报. 2016(S1)
[3]TJ-1模拟月壤承载特性物理模型试验研究[J]. 蒋明镜,奚邦禄,孙德安,王闯. 同济大学学报(自然科学版). 2016(02)
[4]竖向荷载对月球车行驶性能影响的离散元分析[J]. 蒋明镜,戴永生,申志福. 地下空间与工程学报. 2015(05)
[5]低围压水平下QH-E模拟月壤三轴试验技术与力学特性[J]. 邹维列,陈轮,张俊峰,刘小顺,童朝霞. 岩土工程学报. 2015(08)
[6]低重力环境下静力触探贯入机理离散元分析[J]. 蒋明镜,戴永生,王新新. 岩土工程学报. 2014(11)
[7]TJ-1模拟月壤承载特性的现场试验研究[J]. 蒋明镜,戴永生,张熇,王闯,吴晓峰. 岩土力学. 2013(06)
[8]不同重力场下静力触探试验离散元数值分析[J]. 蒋明镜,王新新. 岩土力学. 2013(03)
[9]岩土工程磁力模型实验土体相似材料的研制[J]. 李瑞林,周国庆,陈国舟,石高鹏,李军. 功能材料. 2012(19)
[10]不同粒径分布模拟月壤承压特性试验研究[J]. 邹猛,李建桥,何玲,李豪,张晓冬,周桂芬. 航空学报. 2012(12)
博士论文
[1]筒形挡土结构主动土压力及拱效应研究[D]. 陈国舟.中国矿业大学 2014
[2]基于离散单元法的颗粒物质静动力学行为研究[D]. 朱纪跃.兰州大学 2013
[3]月球探测器地月空间转移轨道研究[D]. 高玉东.国防科学技术大学 2008
硕士论文
[1]低重力场对模拟月壤力学特性及轮—壤作用关系影响的研究[D]. 石睿杨.吉林大学 2014
[2]小重力环境下模拟月壤承压特性试验及月球车/月壤关系研究[D]. 范文峰.吉林大学 2012
[3]胶结粗粒土强度与变形特性试验研究[D]. 王强.大连理工大学 2010
[4]人工装置与模拟月壤相互作用的土工离心模型试验研究[D]. 李志刚.清华大学 2008
本文编号：3615035
【文章来源】：中国矿业大学江苏省211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：116 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1-1月球矿产资源开发与基地建设(NASA设想图)Figure1-1Exploitationmineralresourcesandbaseconstructionoflunar(assumedbyNASA)
中国首台火星探测器（CNSA设想图）Figure1-2China'sfirstMarsprobe(assumedbyCNSA)
联完成了登月采样(图1-3、图1-4)。月壤的钻探采样研究有着重大的意义：首先月壤的钻探采样有助于明确不同层次月壤物理及力学性质，有助于人类进一步研究月壤资源及宇宙起源等问题；其次，可以为将来月球基地建设与资源开发活动做好理论研究工作；另外，月壤的钻探采样的研究结果也为火星等星体的钻探采样提供技术借鉴。图1-3 Apollo模拟月面采样（USA）Figure 1-3 Simulated lunar soil sampling(USA)图1-4 Luna16月球探测器（前苏联）Figure 1-4 Luna16 lunar probe (Soviet Union)月壤的钻探取样是在极端条件（小重力、高真空、强辐射、大温差大等）下进行的，是目前钻探领域技术难度最大的问题之一。另外月球的特殊环境也要求钻探系统质量更轻、能耗更低、强度更高，因此有必要在地球上通过试验方法研究不同小重力环境下土的力学特性变化规律，从而为明确在特定的小重力环境下钻进过程中探头与土相互作用的力学规律，为钻探钻具的结构、材料、规程设计
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于渗水力加荷对侧向受荷桩的试验研究[J]. 袁炳祥,陈锐,杨雪强,罗庆姿,彭涛,汪亦显,谌文武. 岩石力学与工程学报. 2016(S2)
[2]采用环向周期边界的静力触探三维离散元模拟[J]. 杨彦骋,邓益兵,史旦达,薛剑峰. 岩石力学与工程学报. 2016(S1)
[3]TJ-1模拟月壤承载特性物理模型试验研究[J]. 蒋明镜,奚邦禄,孙德安,王闯. 同济大学学报(自然科学版). 2016(02)
[4]竖向荷载对月球车行驶性能影响的离散元分析[J]. 蒋明镜,戴永生,申志福. 地下空间与工程学报. 2015(05)
[5]低围压水平下QH-E模拟月壤三轴试验技术与力学特性[J]. 邹维列,陈轮,张俊峰,刘小顺,童朝霞. 岩土工程学报. 2015(08)
[6]低重力环境下静力触探贯入机理离散元分析[J]. 蒋明镜,戴永生,王新新. 岩土工程学报. 2014(11)
[7]TJ-1模拟月壤承载特性的现场试验研究[J]. 蒋明镜,戴永生,张熇,王闯,吴晓峰. 岩土力学. 2013(06)
[8]不同重力场下静力触探试验离散元数值分析[J]. 蒋明镜,王新新. 岩土力学. 2013(03)
[9]岩土工程磁力模型实验土体相似材料的研制[J]. 李瑞林,周国庆,陈国舟,石高鹏,李军. 功能材料. 2012(19)
[10]不同粒径分布模拟月壤承压特性试验研究[J]. 邹猛,李建桥,何玲,李豪,张晓冬,周桂芬. 航空学报. 2012(12)
博士论文
[1]筒形挡土结构主动土压力及拱效应研究[D]. 陈国舟.中国矿业大学 2014
[2]基于离散单元法的颗粒物质静动力学行为研究[D]. 朱纪跃.兰州大学 2013
[3]月球探测器地月空间转移轨道研究[D]. 高玉东.国防科学技术大学 2008
硕士论文
[1]低重力场对模拟月壤力学特性及轮—壤作用关系影响的研究[D]. 石睿杨.吉林大学 2014
[2]小重力环境下模拟月壤承压特性试验及月球车/月壤关系研究[D]. 范文峰.吉林大学 2012
[3]胶结粗粒土强度与变形特性试验研究[D]. 王强.大连理工大学 2010
[4]人工装置与模拟月壤相互作用的土工离心模型试验研究[D]. 李志刚.清华大学 2008
本文编号：3615035
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