基于嫦娥五号月壤粒形特征的离散元模拟方法

作     者：王思远 蒋明镜 

作者机构：同济大学土木工程减灾国家重点实验室 苏州科技大学土木工程学院 天津大学土木工程学院土木工程系 同济大学土木工程学院岩土工程系 

出 版 物：《岩土工程学报》 (Chinese Journal of Geotechnical Engineering)

年 卷 期：2023年

核心收录：

学科分类：07[理学] 08[工学] 070401[理学-天体物理] 082503[工学-航空宇航制造工程] 0704[理学-天文学] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

基　　金：海南省重点研发计划项目(ZDYF2021SHFZ264) 国家重大自然灾害防控与公共安全重点专项(2022YFC3003403) 国家自然科学基金创新研究群体项目(42221002) 国家自然科学基金重大项目(51890911) 土木工程防灾国家重点实验室自主研究课题基金(SLDRCE19-A-06) 

主　　题：月壤 粒形特征 三轴压缩 宏微观特性 

摘      要：为满足当前我国探月任务中的“堪测、采、建战略规划，获取更加贴近真实的月壤物理力学特性，本文考虑月壤颗粒形状的影响，结合嫦娥五号探月任务中的月壤颗粒图像，将月壤粒形特征与颗粒级配联系起来，提出考虑中国月壤粒形特征的离散元数值模拟方法。首先，基于嫦娥五号探月任务获取的部分月壤颗粒图像，对颗粒的形状特征及尺寸信息进行提取，依据其球度特征将月壤的颗粒形态分为六类，并同月壤颗粒的粒形特征与颗粒尺寸建立对应关系；其次，结合本团队开发的三维离散元月壤接触模型，引入形状参数用以表征月壤颗粒的抗转动能力，进而在离散元中考虑月壤颗粒的粒形特征，最终建立考虑中国月壤粒形特征的离散元数值模型；通过与已知月壤试验结果的对比表明，该方法可将月壤颗粒形状的可变性直接映射到离散元中。在此基础上，通过与不考虑粒形特征的数值样进行对比，探究考虑月壤粒形特征的优势。结果表明：含嫦娥五号月壤粒形特征的离散元数值模型可以有效捕捉月壤力学行为的主要特征，为开展月球资源勘探及开发利用研究提供基础。