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月壤水平开挖推剪阻力影响因素离散元数值分析
  • ISSN号:1000-7598
  • 期刊名称:《岩土力学》
  • 时间:0
  • 分类:TU411[建筑科学—岩土工程;建筑科学—土工工程]
  • 作者机构:[1]同济大学地下建筑与工程系,上海200092, [2]同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室,上海200092
  • 相关基金:国家自然科学基金项目(No.51179128); 国家杰出青年科学基金项目(No.51025932)
中文摘要:

通过引入考虑范德华力和抗转动作用的月壤微观接触模型,采用离散单元法模拟月壤水平推剪试验(简化的土-开挖设备间相互作用模型),对月壤推剪破坏机制进行研究,分析了推剪深度、倾角和速率的影响,为真实月面环境下开挖提供参考。结果表明:推剪过程中推剪阻力首先随推剪位移增加至峰值,而后下降并趋于稳定;随推剪位移的进一步发展,推墙前方土体堆积,推剪阻力缓慢回升,推墙前土体受扰动区范围逐渐增大;当推剪面竖直时,随着推剪深度增加,推剪阻力和能量消耗增大,前方受扰动土体范围增大,破坏面为直平面;相同推剪深度下,推剪倾角越大,推剪阻力和能量消耗越小,前方扰动土体范围越小,破坏面为直平面;推剪速率越大,推剪阻力和能量消耗增大,前方扰动土体范围越大。由于月面开挖时推剪反力由机械与月面摩擦提供,考虑到开挖机械重量受空间运输能力限制,建议采用对推力(机械重量)要求低的浅层、倾斜、慢速开挖,适用于月面早期建设活动。

英文摘要:

A discrete element method(DEM) contact model for lunar soil taking rolling resistance and van der Waals forces into consideration is used to simulate the horizontal pushing test, which is a simplified machine-lunar soil interaction problem. The soil failure mechanism and the effects of excavation blade depth, inclination and speed are analyzed; and some suggestions for real lunar excavation are offered. The results show that the pushing resistance increases with pushing displacement to a peak state rapidly and then tends to be stable after a sharp declination. With the accumulation of soil heap in front of the blade, the pushing resistance increases slowly again. The pushing resistance, energy consumption and the affected area are greater under larger pushing depth while the slip surfaces are all straight. As the pushing inclination increases, the pushing resistance, energy consumption and the affected area decrease; and the slip surface remains straight. The pushing resistance, energy consumption and affected area increase with the speed. Since the pushing resistance is provided by frictional force between the machine and lunar ground, which is proportional to the weight of an excavator; it is recommended that shallow, inclined and slow excavation should be used in early-stage lunar base construction. This scheme is advantageous in its low demand for the mass of the excavation machine, thus reducing the mass launched from the earth to the moon.

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期刊信息
  • 《岩土力学》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国科学院武汉岩土力学研究所
  • 主编:孔令伟
  • 地址:武汉市武昌小洪山中国科学院武汉岩土力学研究所
  • 邮编:430071
  • 邮箱:ytlx@whrsm.ac.cn
  • 电话:027-87198484 87199252
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-7598
  • 国内统一刊号:ISSN:42-1199/O3
  • 邮发代号:38-383
  • 获奖情况:
  • 全国中文核心期刊,美国《工程索引》EI收录期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:56873