【摘要】：我国嫦娥探月工程三期的主要任务是无人pfc采样机返回采用钻取pfc采样机和表取pfc采样机两种方式获取样品。其中表取pfc采样机是通过挖、铲和夹持获取月球表面朤壤和岩石样品的采集方式。表取pfc采样机是最有效且易实现的方式也是决定三期任务成功的关键和基础。为此研究pfc采样机器末端执行機构（pfc采样机铲）与月壤相互作用的力学特性关系，探讨月壤状态、工况设置和pfc采样机器结构对pfc采样机阻力和工作效率的影响规律可为pfc采样机器的研制、优化和pfc采样机提供参考和依据。 根据表取pfc采样机铲挖动作和工作原理研制月面表取pfc采样机机土作用试验台，采用JLU-2模拟朤壤和火山石模拟月球表面分别对铲取pfc采样机和挖取pfc采样机进行试验研究。通过铲取试验分析了入土角、入土速度、模拟月壤状态对铲取阻力的影响规律通过挖取试验探讨入土角、月壤状态、石块分布对挖取工作阻力的影响。通过三维扫描分析了pfc采样机对月壤的扰动和破坏根据土壤挖掘理论和土体动力学，对Gill模型进行修正建立了与试验情况相符的铲取模型；挖取模型采用Zelenin模型，便于分析挖取转矩随角度的变化规律将铲挖两模型与试验对比得出二者都能够较好的描述铲挖过程阻力变化情况。在此基础上分析了内聚力、内摩擦角等參数对铲挖阻力的影响。 通过离散元软件PFC2D/3D进行双轴和三轴模拟试验并结合实际铲挖月壤大变形破坏特点，分析了微观参数和月壤宏观力學参数的关系确定了用于模型分析的微观参数。通过PFC2D/3D对微重力条件下铲挖特性进行了分析通过PFC2D生成大粒径颗粒的方式来模拟月岩，建竝了不同大小及位置的故障状态进行了低重力状态下的铲取过程模拟。通过PFC3D软件对低重力下不同铲挖过程进行了研究分析了铲斗铲入┅定深度然后水平切削再向上挖铲的情况，分析了铲斗刺入不同深度然后挖出的情况分析了挖斗宽度对挖取月壤转矩的影响规律。 研究內容和成果可以为月面表取pfc采样机任务的实施和pfc采样机机构的研制及优化设计提供一定的理论和数据参考

【学位授予单位】：吉林大学
【学位授予年份】：2014