基于散体介质流变力学的月壤与钻具作用机理研究

The mechanism of dynamics of interaction between driller and lunar soil, which was key technique in the lunar sampling process in the third phase of Chinese Lunar Exploration Project, will be concerned. How the driller drive lunar soil flow will be studied by the theory of rheology of granular medium. The mechanism of powder exhausting process, drilling process and coring process will be achieved to provide references for practice.

本项目从探月三期工程需要，面向月面采样中关键技术钻具与月面相互作用机理开展研究。对钻采动力学中钻具驱动月壤流动这一特殊问题，第一次采用散体介质流变力学的思想对月壤的性质及钻取动力学过程进行研究，并提炼其中的排粉、钻进、进芯机理，为工程提供支持。

本项目从探月三期工程需求出发，面向月面采样中关键技术钻具与月面相互作用机理开展研究。不同与以往简单采用试验或者经典土力学方法对月壤钻取过程开展分析，本项目从散体介质流变力学特性出发，系统研究了螺旋钻取过程中排粉、钻进、进芯的内在机理。首先采用圆柱冲击模拟月壤的方法，分析了模拟月壤的流变特性，并结合工程需求，分析了实际月壤的特性；然后通过有限元方法、DEM方法、试验方法分析了月壤钻取规律及其中的关键因素；最后通过月壤钻取关键作用界面力载测量，探究了月壤钻取动力学的演化规律，并提出相关动力学模型。通过以上研究，一方面将散体流变力学应用于月壤钻取任务，解决工程迫切需求，另一方面，发展了月壤动力理论，为未来深空探测任务建立了较好理论基础。