月球着陆器吸能部件缓冲性能试验装置的研究

论文摘要

月球着陆器在月球表面着陆时,以一定的速度撞击月球表面,在撞击瞬间着陆器承受很大的冲击载荷。为了保护着陆器上的探测仪器,通常采用吸能元件来耗散冲击能量。为了研究吸能材料在月球环境下的缓冲性能,本文设计了模拟月球环境的试验装置,进行相关的优化和仿真。并对常用吸能材料铝蜂窝的性能进行了有限元分析。通过阅读大量的国内外资料,获得试验装置所需的相关数据,设计出两种方案,经过分析比较,选择其中一种较好的方案作为试验装置的总体方案进行研究。在设计过程中,广泛采用先进的三维实体数字化设计技术、虚拟样机技术和数字仿真技术。经过深入研究,对个别部件进行改进和参数优化,完成结构设计。运用Solidworks建立试验装置的三维实体装配模型,采用ADAMS动力学仿真软件,对模型进行完整的运动学分析,得到重要部件的运动学、动力学特性曲线。该实验装置可靠性好,具有较强的实用性。课题最后运用Solidworks建立铝蜂窝模型,采用Deform-3D软件对多胞元铝蜂窝和不同壁厚的单胞元铝蜂窝进行冲击压缩过程有限元分析,得出铝蜂窝的吸能能力随着胞壁厚度的增加、胞元个数增多而变强的结论。本文采用虚拟样机技术,综合利用多种软件,实现试验装置在计算机中的设计—分析—修正设计—仿真运动—预测性能的设计思想,为后续项目做好准备工作。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 研究目的和意义
• 1.2.1 月球探测目的和意义
• 1.2.2 缓冲性能试验装置研究的目的和意义
• 1.3 试验装置研究历史与现状
• 1.3.1 国外研究历史与现状
• 1.3.2 国内研究历史与现状
• 1.4 吸能材料缓冲性能试验现状
• 1.5 本课题研究的内容
• 第2章 总体方案研究
• 2.1 研究方案的确定
• 2.2 试验装置原理
• 2.3 机械装置研究
• 2.3.1 传动部件研究
• 2.3.2 托放部件原理
• 2.3.3 低重力的实现原理
• 2.4 真空及高低温实现原理
• 2.4.1 绝热层厚度计算
• 2.5 控制电路设计研究
• 2.5.1 控制电路设计方案的确定
• 2.5.2 控制电气的选择
• 2.5.3 电气部分原理
• 2.6 测试系统设计
• 2.7 本章小结
• 第3章 试验装置的研制与优化
• 3.1 预紧弹簧储能装置
• 3.2 下法兰的改进
• 3.3 重锤部件的研制与改进
• 3.3.1 重锤部件工作原理
• 3.3.2 重锤质量的确定
• 3.3.3 重锤部件的改进
• 3.3.4 螺旋加热圈尺寸优化
• 3.3.5 建立加热圈的优化数学模型
• 3.3.6 用Matlab 优化工具对加热圈尺寸进行优化设计
• 3.4 本章小结
• 第4章 试验装置动力学分析
• 4.1 通用仿真软件ADAMS 简介
• 4.2 ADAMS 的分析和计算方法
• 4.2.1 广义坐标的选择
• 4.2.2 运动学方程的建立和求解
• 4.2.3 ADAMS 动力学方程
• 4.2.4 接触碰撞建模问题
• 4.3 试验装置虚拟样机模型研究
• 4.3.1 虚拟样机模型的建立
• 4.3.2 运动副及约束的施加
• 4.3.3 仿真所需参数、载荷的施加和仿真控制
• 4.4 ADAMS 环境中工作装置虚拟样机的仿真
• 4.4.1 主要仿真结果分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 铝蜂窝缓冲过程仿真研究
• 5.1 铝蜂窝简介
• 5.2 铝蜂窝冲击压缩过程有限元仿真
• 5.2.1 软件简介
• 5.2.2 单个胞元结构的冲击压缩有限元分析
• 5.2.3 多个胞体结构的有限元分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢