[发明专利]一种模拟探测器冲击月面的应力传递试验装置及测试方法

说明书

本发明公开了一种模拟探测器冲击月面的应力传递试验装置及测试方法，该装置包括筒、重物、松散土、坚硬土体、压力传感器、加速度传感器和细绳：所述重物吊放于筒内，用通过盖板中心小孔的细绳与滑轮连接；所述筒底部分层铺设坚硬土体和松散土，并在坚硬土体中放置压力传感器以及加速度传感器，压力传感器以及加速度传感器与电脑相连；通过调节重物的高度模拟不同速度冲击模拟月壤，装置简便；可通过坚硬土体中不同深度应力和加速度传感器的布设，测得应力和加速度大小，从而得到探测器冲击月面作用下经松散月壤缓冲后坚硬土体中的应力和加速度分布状况。

技术领域

本发明属于隧道与地下工程试验仪器技术领域，特别涉及一种模拟探测器冲击月面的应力传递试验装置及测试方法。

背景技术

2019年1月3日，我国嫦娥四号探测器成功在月球背面软着陆，这是全人类有史以来第一次成功登陆月球背面，这一激动人心的事件更是激起国际社会对月球竞赛的讨论。此前早在2017年美国宣布重返太空，随后俄罗斯、欧洲、日本和印度等国先后表明要推进探月计划，这无疑是开展了新一轮的太空竞争。

我国的探月工程按照“绕，落，回”的思路分三步进行，其中如何使得登月器在月球表面上安全和平稳地着陆是探月工程第2阶段的重要研究内容，也是探月工程的关键以及成功登月后续工作顺利开展的前提。考虑到登月器着陆时足垫与月壤间的相互作用，会对月壤及其下月岩产生影响，如何准确地分析登月器着陆时月壤内部应力传递情况成为能否成功登月重要条件之一。

在月面上直接进行月壤承压试验是不现实的，因此，国内外不少学者对模拟月壤的承载能力进行实验研究。钟世英等在《着陆器足垫垂直冲击模型试验研究》中开展了冲击过程中冲击速度、冲击质量等对足垫最大加速度和最大轴力的影响，但是其对模拟探测器冲击月面作用下经松散月壤缓冲后坚硬土体中的应力和加速度的测量尚有欠缺，无法测得坚硬土体中的应力和加速度大小；郝飞等在《TJ-1模拟月壤承载特性室内试验研究》中开展了着陆器足垫在模拟月壤上的承载特性试验，此试验中通过调节竖向加速度频率模拟不同速度下与模拟月壤接触时对地基承载力的影响，但是未对模拟探测器冲击月面作用下经松散月壤缓冲后坚硬土体中的应力和加速度分布状况进行试验，无法确定冲击对坚硬土体有何影响。

综上所述现有技术存在以下缺点：①没有对模拟经松散月壤缓冲后坚硬土体中应力和加速度的大小进行研究；②无法测得模拟经松散月壤缓冲后坚硬土体中不同深度的应力和加速度分布状况。

发明内容

本发明提供了一种模拟探测器冲击月面的应力传递试验装置及测试方法，其目的在于解决目前不能测得模拟探测器冲击月面作用下经松散月壤缓冲后坚硬土体中的应力和加速度分布状况。

一种模拟探测器冲击月面的应力传递试验装置，包括筒1、重物2、松散土3、坚硬土体4、压力传感器6、加速度传感器7和细绳10；

所述筒1采用有机玻璃制作，通过螺栓14固定于金属底座8上；筒1直径为1m，高度为2.5m；筒1外壁设有刻度线5，可用于确定坚硬土体4和松散土3的厚度；

所述筒1中，将已知质量的重物2吊放于筒1内，用通过盖板9中心小孔的细绳10与滑轮11连接；

所述细绳10每隔10cm做一个标记12，可用于确定重物2的位置；

所述筒1底部分层铺设坚硬土体4和松散土3，并在坚硬土体4中放置压力传感器6以及加速度传感器7，压力传感器6以及加速度传感器7与电脑13相连。

进一步地，所述坚硬土体4采用环氧树脂与经过磨细并筛分的土体混合搅拌后压实形成的，厚度为40cm～50cm；压力传感器6和加速度传感器7在坚硬土体压实过程中埋入，并随着坚硬土体4硬化与土体形成紧密接触；

所述松散土3采用火山灰和砂土按一定级配配置并均匀的撒布在坚硬土体4上，虚铺厚度在20cm～60cm范围内变化。