[发明专利]一种基于冰壤混合模拟月壤的围压应力时效强化方法

说明书

本发明提出了一种基于冰壤混合模拟月壤的围压应力时效强化方法，属于月球原位资源利用、空间探测领域。解决了需要设计一种超低温、应力时效、温度应力监测的模拟月壤围压应力时效强化方法以满足各种特殊工况问题，提出一种可保持在‑180℃左右、静力压实的围压应力时效强化方法，可以实现对冰壤温度和压力以及对应力时效的效能的严格把控。本发明提出的冰壤混合模拟月壤的围压应力时效强化方法，根据试验所需含水率计算出所需水的质量，将水放于容器中逐渐抽真空并赋予‑80℃的低温环境进行冻结制冰，制冰结束后将冰块放于碎冰机中，直至均匀粉碎成小颗粒备用，用该方法制备的颗粒粒径可以更好与模拟月壤颗粒混合达到均质。

技术领域

本发明属于月球原位资源利用、空间探测领域，特别是涉及一种基于冰壤混合模拟月壤的围压应力时效强化方法。

背景技术

现阶段，对于真实月壤的研究与钻取，对了解其主要组分和力学性能日益迫切。迄今为止，地面模拟月壤的层面主要分为水混壤、冰混壤和汽凝冰模拟月壤。关于围压应力时效强化主要针对水混壤进行，其余二者并未有相应的具体实施或较好进展而汽凝冰的制备技术并不成熟，故具有一定的局限性。因此，现在需要一种关于冰混壤模拟月壤的围压应力时效强化方法，以满足相应工况或极端工况的需求。

目前的含水模拟月壤——水混壤模拟月壤应力时效强化的方法，其是使用烘箱烘干后的模拟月壤，之后添加超纯水进行混水混合制备相应含水率的模拟月壤，进行静置均化后并将其装入月壤桶中，使用液压机对月壤桶中的含水模拟月壤进行静压力分层密实后，将其放入到低温冰箱进行梯度制冷，最终达到围压应力时效强化的目的，但该方法存在一定的水损，导致含水率的不准确。

因此，亟需设计一种受水损干扰小、恒超低温环境的高精准含水率且均一性良好的模拟月壤围压应力时效强化方法，以满足相应工况及极端工况的需求。

发明内容

有鉴于此，本发明为了解决需要设计一种超低温、应力时效、温度应力监测的模拟月壤围压应力时效强化方法以满足各种特殊工况问题，提出一种可保持在-180℃左右、静力压实的围压应力时效强化方法，可以实现对冰壤温度和压力以及对应力时效的效能的严格把控。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于冰壤混合模拟月壤的围压应力时效强化方法，具体包括以下步骤：

步骤S1：根据极区月壤矿物组分选择斜长岩和玄武岩作为模拟月壤的制备原料；

步骤S2：混配10kg的原料，常温下用搅拌器使用50r/min速度匀速搅拌1min之后，再使用180r/min匀速搅拌5分钟均匀混合；

步骤S3：称量烘干前试样质量并将烘干机温度调为105℃，烘干时间6小时以上，烘干至恒重；

步骤S4：在冰壤混合之前，用液氮给冰壤混合设备及相关设备和模拟月壤颗粒预冷至-180℃；

步骤S5：称量烘干后的试样质量，通过公式计算初始含水率；

步骤S6：按照试验所需含水率计算出所需水的质量，将水放于容器中逐渐抽真空并赋予-80℃的低温环境进行冻结制冰，制冰结束后将冰块放于碎冰机中，直至均匀粉碎成小颗粒备用；

步骤S7：将冰颗粒和模拟月壤颗粒倾倒至预冷好的搅拌设备，在低温-180℃的情况下，将样本不断进行搅拌，实现样本均匀混合；

步骤S8：密实容器承装前要先用超低温应变片对其侧壁进行贴附，并对超低温应变片进行常温标校；

步骤S9：低温赋形工艺采用在-180℃低温环境下静力压实的方式，为保证样本沿纵深方向密度的均一性，压实过程需逐层添加，逐层压实；