基于离散元方法的月球着陆器冲击月壤过程分析

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1、第38卷第4期航天返回与遥感2017年8月SPACECRAFTRECOVERY&REMOTESENSING55基于离散元方法的月球着陆器冲击月壤过程分析121梁绍敏王永滨季顺迎（1大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室，大连116023）（2北京空间机电研究所，北京100094）摘要月球着陆器在着陆过程中会产生巨大的冲击作用。为了研究月壤材料对着陆器的缓冲作用，文章针对月壤在细观尺度下的离散分布特性，采用离散元方法建立月壤的计算分析模型。在此基础上，简化着陆器模型仅考虑着陆腿的缓冲性能，对着陆过程中着陆器与月壤相互作用的动力冲击过程进行数

2、值分析。通过调整着陆器的质量以及着陆速度，对着陆器着陆过程中的冲击深度、加速度以及冲击力进行了计算分析，研究了月壤对着陆器的缓冲性能。计算结果表明，月壤材料对着陆器有很好的缓冲作用，这为实现安全稳定的软着陆提供了新的研究方向。采用离散元方法分析着陆器在着陆冲击过程中冲击力的变化规律有助于着陆器结构的合理设计和安全性能评估。关键词缓冲性能离散元方法冲击载荷月壤月球着陆器中图分类号:V476.3文献标志码:A文章编号:1009-8518(2017)04-0055-09DOI:10.3969/j.issn.1009-8518.2017.04.007

3、AnalysisofLandingImpactProcessofLunarLandingLanderBasedonDiscreteElementMethod121LIANGShaominWANGYongbinJIShunying（1StateLaboratoryofStructuralAnalysisforIndustrialEquipmentDalianUniversityofTechnology,Dalian116023,China）（2BeijingInstituteofSpaceMechanics&Electricity,Beijin

4、g100094,China）AbstractTheinteractionbetweenlunarlanderandsoilisofgreatimportanceduetothestrongimpactproducedduringthebriefperiodofthespacelandertouchdown.Inordertostudythebufferingeffectoflunarsoilmaterialduringlunarlander'ssoftlandingprocess,thispaperusesthediscreteelement

5、methodtoestablishthecalculationmodeloflunarsoilinviewofthediscretedistributioncharacteristicsoflunarsoilatthemesoscale.Basedonthis,thelandermodelissimplifiedasarigidbody,andonlythebufferingperformanceofthelandinglegsisconsidered.Thedynamicimpactprocessofthelandingisanalyzed

6、andthenumericalsimulationiscarriedout.Byadjustingthequalityandlandingspeedofthelander,thedepth,accelerationandimpactforceofthelanderarecalculatedandanalyzed.Thecalculatedresultsshowthatthelunarsoilparticleshaveagoodbufferingeffectonthelander,whichprovidesanewresearchdirecti

7、onforrealizingsecurityandstabilityofasoftlanding.Usingdiscreteelementmethodtoanalyzethechangesofimpactforceduringthelandingprocess,ishelpfultotherationaldesignandsafetyperformanceevaluationofthelandstructure.Keywordsbufferingperformance;discreteelementmethod(DEM);impactload

8、;lunarsoil;lander收稿日期：2016-11-23基金项目：国家自然科学基金项目（11572067，51505028）；中央高校基本科研业务费专项资金