基于离散元方法的单个月尘颗粒静电粘附性研究

发布时间：2017-07-07 00:23

  本文关键词：基于离散元方法的单个月尘颗粒静电粘附性研究

  更多相关文章： 月尘 充电模型 静电粘附机理 离散元 月表环境 探测器材料

【摘要】：本文系统研究了月尘颗粒静电粘附性机理。月尘吸附的月面探测器及相关电子设备将会出现工作性能下降、寿命衰减等问题,月尘粘附的航天服将出现保护性能下降、危及宇航员生命安全等问题,这些都是登月工程面临的重大课题之一。因此,对月尘静电粘附性的研究具有重要的理论和实际意义。月尘颗粒带电是其具有静电粘附性的根本原因。在月球表面太阳射线、太阳风等离子体作用下月尘颗粒将带上电荷。本文分析了月尘颗粒充电过程中形成的电流种类,并根据电流平衡、单粒子轨道理论和Maxwell能量分布建立了月尘颗粒充电模型。然后,使用龙格库塔法在MATLAB中分析研究了月尘颗粒的充电机理。带上电荷的月尘颗粒具有较强的静电粘附性。静电粘附机理主要包括静电粘附力组成要素和各要素的数学模型。在月尘颗粒静电粘附性机理基础上,建立了球形颗粒和不规则形状颗粒的静电粘附力学模型。基于离散元理论软件进行月尘颗粒的静电粘附性仿真分析验证。离散元方法是将连续物体离散元化,然后通过追踪各个单元的状态,最终得到整体运动状态的方法。离散元软件具有运算速度快、精度高、可仿真真实状态的优点。本文基于离散元理论,在离散元软件EDEM上进行静电粘附性仿真分析验证。首先使用离散元软件和有限元软件验证了静电粘附机理;然后使用C++编译了静电粘附力插件;最后,对月尘静电粘附性进行仿真,研究了月尘颗粒粒径、形状,月表电场和探测器材料性质对静电粘附性的影响。同时,由于月球表面的特殊环境如强辐射、高真空及极端温度等会对月尘颗粒的充电特性产生影响,进而影响其静电粘附性。本文通过离散元仿真分析,从定量的角度研究了月表环境对静电粘附性的影响。选择影响最为明显的紫外线和X射线作为辐射源研究了月表辐射对月尘静电粘附性的影响。选择降低真空度的方法研究了月表高真空度对月尘静电粘附性的影响。对于极端温度,由于目前关于月表温度的相关数据较少且分析可知等离子体温度与月表温度是从属关系,所以选择使用等离子体温度表征月表温度的方法研究了月表极端温度对月尘静电粘附性的影响。
【关键词】：月尘 充电模型 静电粘附机理 离散元 月表环境 探测器材料
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P184.5;V419
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-17
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义8-10
• 1.1.1 课题来源8
• 1.1.2 研究的目的和意义8-10
• 1.2 国内外在该方向的研究概述10-15
• 1.2.1 国内外月尘静电粘附特性的研究概述10-13
• 1.2.2 国内外离散元理论的研究概述13-15
• 1.3 本文的主要研究内容15-17
• 第2章 月尘颗粒的充电模型及静电粘附性研究17-40
• 2.1 引言17
• 2.2 月尘颗粒充电模型17-21
• 2.3 月尘颗粒静电粘附性仿真模型21-22
• 2.4 月尘颗粒静电粘附机理22-28
• 2.4.1 静电粘附力要素22-24
• 2.4.2 静电粘附力模型24-28
• 2.5 球形月尘颗粒的静电粘附力学模型研究28-33
• 2.5.1 电荷分布在整个表面的月尘静电粘附力学模型28-31
• 2.5.2 电荷局部分布的月尘静电粘附力学模型31-33
• 2.6 不规则形状月尘颗粒的静电粘附力学模型研究33-39
• 2.6.1 不规则形状月尘的静电粘附力学模型33-35
• 2.6.2 次圆形月尘颗粒的静电粘附力学模型35-39
• 2.7 本章小结39-40
• 第3章 月尘颗粒静电粘附性的离散元仿真研究40-61
• 3.1 引言40
• 3.2 静电粘附机理的验证40-43
• 3.2.1 范德华力模型验证40-41
• 3.2.2 感应静电力模型验证41-43
• 3.3 EDEM API及静电粘附力插件的二次开发43-47
• 3.3.1 离散元方法及API软件开发平台43-44
• 3.3.2 静电粘附力插件的相关参数设置及使用过程44-47
• 3.4 球形月尘颗粒的静电粘附性仿真分析47-55
• 3.4.1 电荷分布在整个表面的月尘颗粒静电粘附性仿真分析47-50
• 3.4.2 电荷局部分布的月尘颗粒静电粘附性仿真分析50-55
• 3.5 不规则形状月尘颗粒的静电粘附性仿真分析55-58
• 3.5.1 不规则形状月尘颗粒静电粘附力学模型验证56
• 3.5.2 不规则形状月尘的静电粘附性仿真分析56-58
• 3.6 月尘颗粒对探测器表面的静电粘附性仿真分析58-60
• 3.7 本章小结60-61
• 第4章 月表环境对月尘颗粒静电粘附性影响的研究61-69
• 4.1 引言61
• 4.2 月球表面辐射强度对月尘静电粘附性影响的仿真分析61-62
• 4.3 月球表面高真空对月尘静电粘附性影响的仿真分析62-66
• 4.3.1 月表电场对月尘静电粘附性影响的仿真分析63-64
• 4.3.2 月尘粒径对月尘静电粘附性影响的仿真分析64-66
• 4.4 月球表面极端温度对月尘静电粘附性影响的仿真分析66-68
• 4.5 本章小结68-69
• 结论69-71
• 参考文献71-75
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文75-77
• 致谢77

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本文编号：528300