TJ-1模拟月壤室内开挖试验与有限元分析

发布时间：2023-03-31 17:44

　　月球上蕴藏有丰富的可利用资源,已知的矿物达100多种,稀土元素约有225-450亿吨,其中氦-3(一种清洁的核聚变材料)约有100-500万吨,是地球上蕴藏量的几十万倍。此外,月球表面表现出低重力、高真空、无磁场以及高温差等特殊的环境。如若在其上建立永久的月球基地,将对天文学、物理学等学科的研究工作有着重大的价值,同时可以缓解地球上的人口压力以及资源压力等问题。基于以上原因,从上世纪50年代起,世界多个国家相继投入大量人力物力用于月球的探测,在此过程中,美国成为了世界上第一个成功登月的国家。我国的嫦娥月球探测计划从2004年起取得了重大的进展。未来人类开发月球资源以及建立月球基地时,将会不可避免的遇到月壤的开挖问题。由于月面的特殊环境以及月壤独特的力学特性,使得已有的基于地面环境下的地球土壤而得出的开挖经验和理论并不一定适用于月壤的开挖。故而,本文采用室内模型箱试验与有限元数值分析相结合的方法对月壤的替代材料—TJ-1模拟月壤开挖问题进行了一系列研究,并将两种方法得到的结果进行对比分析,为设计合理的开挖设备和方案提供依据。主要内容和结论如下:(1)对TJ-1模拟月壤进行了不同开挖深度、...

【文章页数】：179 页

【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景、目的及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 月壤力学特性研究
        1.2.2 室内开挖试验
        1.2.3 开挖试验数值模拟
        1.2.4 开挖试验理论模型
    1.3 本文研究内容以及难点与创新点
        1.3.1 本文研究内容
        1.3.2 研究问题的难点
        1.3.3 研究问题的创新点
第二章 室内开挖试验
    2.1 试验装置
    2.2 试验方法
    2.3 试验材料
    2.4 试验步骤
        2.4.1 试验前准备
        2.4.2 地基铺设
    2.5 试验结果分析
        2.5.1 月壤宏观变形特性
        2.5.2 开挖阻力影响因素
        2.5.3 地基内土压力分析
        2.5.4 经验公式的提出
    2.6 小结
第三章 开挖试验有限元数值模拟分析
    3.1 模拟月壤模型介绍
        3.1.1 线弹性模型
        3.1.2 Mohr-Coulomb模型
        3.1.3 参数选取
    3.2 模型验证
        3.2.1 三轴试验模拟
        3.2.2 平板载荷试验
    3.3 开挖试验模型建立
        3.3.1 初步建模
        3.3.2 网格划分
    3.4 两种模型(是否考虑超固结问题)的结果对比
        3.4.1 两种模型下开挖阻力的对比
        3.4.2 两种模型下应力云图和位移云图的对比
        3.4.3 两种模型下应力路径、位移路径、土压力监测以及应力比的对比
    3.5 直接对土体施加位移的方式时开挖结果的分析
        3.5.1 平板时不同开挖因素对开挖阻力的影响
        3.5.2 平板时不同开挖因素影响土体范围的变化
        3.5.3 圆弧板时不同开挖因素对开挖阻力的影响
        3.5.4 圆弧板时不同开挖因素影响土体范围的变化
    3.6 采用推板加载时开挖结果的分析
        3.6.1 两种加载模式下结果的对比
        3.6.2 平板时不同开挖因素对开挖阻力的影响
        3.6.3 平板时不同开挖因素影响土体范围的变化
        3.6.4 圆弧板时不同开挖因素对开挖阻力的影响
        3.6.5 圆弧板时不同开挖因素影响土体范围的变化
    3.7 数值模拟结果对经验公式的验证
    3.8 小结
第四章 结论与展望
    4.1 主要结论
    4.2 进一步工作的建议
参考文献
攻读学位期间取得的研究成果
致谢
附录一
附录二
附录三



本文编号：3775509