一种月壤钻取过程不规则大颗粒的动力学影响仿真分析方法及系统

本发明涉及月壤钻取分析。

背景技术：

1、土壤中存在大颗粒情况是月壤钻取任务重点关注的工况之一，因为大颗粒岩块可能影响钻进过程的取样特性和力载特性，由于工程试验中难以观察到颗粒的运动情况，因此通过离散元仿真研究大颗粒岩块对钻取过程的影响十分必要。

2、现有技术中大颗粒存在于不同深度、不同位置、不同大小时对钻进过程的影响，但采用的是球状颗粒，然而真实月壤中存在的大颗粒石块以棱角状和长条状为主，而且分布情况也对钻进过程影响显著，因此应对不规则大颗粒的影响进行仿真分析。因此对真实月壤钻取过程中存在的不规则大颗粒的形状设置以及排布方式进行分析成为亟待解决的难题。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有技术中缺少对真实月壤钻取过程中存在的不规则大颗粒的形状设置以及排布方式进行分析的问题。

2、为解决上述技术问题本发明是通过以下技术方案实现的：

3、方案一、本发明提出了一种月壤钻取过程不规则大颗粒的动力学影响仿真分析方法，所述仿真分析方法包括：

4、s1、建立月壤钻取模型，将不规则大颗粒的不同形状、大小以及无大颗粒作为参照组，设计月壤钻取中仿真对照组，所述仿真对照组包括棱角形大颗粒工况和长条形大颗粒工况；

5、s2、根据s1所设置的参照组和仿真对照组，根据钻头分别与棱角形大颗粒工况和长条形大颗粒工况的形状关系与分析钻具轴向力与扭转力矩、大颗粒运动轨迹、采样量；

6、s3、根据s2得到的钻具轴向力与扭转力矩绘制力载曲线，基于力载曲线的变化关系对月壤钻取过程中不规则大颗粒进行仿真分析。

7、进一步的，提供一种优选实施方式，s2中钻头与棱角形大颗粒工况的形状关系为：棱角形大颗粒直径大于钻头内径的工况和棱角形大颗粒直径小于钻头内径的工况。

8、进一步的，提供一种优选实施方式，s2中钻头与长条形大颗粒工况的形状关系包括长条形大颗粒横放于钻头正下方和长条形大颗粒竖放于钻头正下方。

9、进一步的，提供一种优选实施方式，所所述棱角形大颗粒直径小于钻头内径的情况下的力载曲线与无大颗粒工况的力载曲线相同。

10、进一步的，提供一种优选实施方式，当棱角形大颗粒直径大于钻头内径的时，力载曲线呈周期性上升。

11、进一步的，提供一种优选实施方式，s3中对月壤钻取过程中不规则大颗粒进行仿真分析还包括对不规则大颗粒的混排方式进行仿真分析的步骤。

12、进一步的，提供一种优选实施方式，长条形大颗粒竖放于钻头正下方时，力载曲线与长条形大颗粒横放于钻头下方时相同。

13、方案二、一种月壤钻取过程不规则大颗粒的动力学影响仿真分析系统，所述仿真分析系统包括：

14、对比模块，用于建立月壤钻取模型，将不规则大颗粒的不同形状、大小以及无大颗粒作为参照组，设计月壤钻取中仿真对照组，所述仿真对照组包括棱角形大颗粒工况和长条形大颗粒工况；

15、试验模块，用于根据形状对比模块所设置的参照组和仿真对照组，根据钻头分别与棱角形大颗粒工况和长条形大颗粒工况的形状关系与分析钻具轴向力与扭转力矩、大颗粒运动轨迹、采样量；

16、仿真分析模块，用于根据形状分析模块得到的钻具轴向力与扭转力矩绘制力载曲线，基于力载曲线的变化关系对月壤钻取过程中不规则大颗粒进行仿真分析。

17、本发明的有益之处在于：

18、本发明所述的一种月壤钻取过程不规则大颗粒的动力学影响仿真分析方法及系统，采用离散元仿真分析方法对月壤中存在不规则大颗粒的动力学影响进行了仿真分析，并分别从颗粒形态、大小、排布对颗粒运动轨迹、采样量、钻具力载等因素的影响进行了仿真分析。

19、本发明所述的仿真分析方法包括不同形状的仿真工况设计、颗粒运动轨迹分析、采样量分析、力载曲线分析等，相比现有技术中对月壤钻取过程中的仿真分析方法增加了不规则大颗粒的形状以及排布方式的设置，有效的提高了仿真月壤中在不同工况下的仿真分析的准确性，进而使仿真结果更贴近与真实月壤中的情况。

20、本发明所述的一种月壤钻取过程不规则大颗粒的动力学影响仿真分析方法及系统可以准确反应真实月壤中存在的大颗粒情况。

21、本发明还适用于月壤中存在大颗粒岩块的情况进行了众多地面试验中。

技术特征：

1.一种月壤钻取过程不规则大颗粒的动力学影响仿真分析方法，其特征在于，所述仿真分析方法包括：

2.根据权利要求1所述的月壤钻取过程不规则大颗粒的动力学影响仿真分析方法，其特征在于，s2中钻头与棱角形大颗粒工况的形状关系为：棱角形大颗粒的直径大于钻头内径的工况和棱角形大颗粒直径小于钻头内径的工况。

3.根据权利要求1所述的月壤钻取过程不规则大颗粒的动力学影响仿真分析方法，其特征在于，s2中钻头与长条形大颗粒工况的形状关系包括长条形大颗粒横放于钻头正下方和长条形大颗粒竖放于钻头正下方。

4.根据权利要求2所述的月壤钻取过程不规则大颗粒的动力学影响仿真分析方法，其特征在于，所述棱角形大颗粒直径小于钻头内径的情况下的力载曲线与无大颗粒工况的力载曲线相同。

5.根据权利要求2所述的月壤钻取过程不规则大颗粒的动力学影响仿真分析方法，其特征在于，当棱角形大颗粒直径大于钻头内径的时，力载曲线呈周期性上升。

6.根据权利要求5所述的月壤钻取过程不规则大颗粒的动力学影响仿真分析方法，其特征在于，长条形大颗粒竖放于钻头正下方时，力载曲线与长条形大颗粒横放于钻头正下方时相同。

7.根据权利要求1所述的月壤钻取过程不规则大颗粒的动力学影响仿真分析方法，其特征在于，s3中对月壤钻取过程中不规则大颗粒进行仿真分析还包括对不规则大颗粒的混排方式进行仿真分析的步骤。

8.一种月壤钻取过程不规则大颗粒的动力学影响仿真分析方法系统，其特征在于，所述仿真分析系统包括：

9.计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质用于储存计算机程序，所述计算机程序执行权利要求1至7中任一项所述的方法。

10.计算机设备，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时，所述处理器执行根据权利要求1至7中任一项中所述方法实现。

技术总结一种月壤钻取过程不规则大颗粒的动力学影响仿真分析方法及系统，涉及月壤钻取分析领域。解决现有技术中缺少对真实月壤钻取过程中存在的不规则大颗粒的形状设置以及排布方式进行分析的问题。所述仿真分析方法包括：建立月壤钻取模型，将不规则大颗粒的不同形状、大小以及无大颗粒作为参照组，设计月壤钻取中仿真对照组，仿真对照组包括棱角形大颗粒工况和长条形大颗粒工况；根据钻头分别与棱角形大颗粒工况和长条形大颗粒工况的形状关系与分析钻具轴向力与扭转力矩、大颗粒运动轨迹、采样量；根据得到的钻具轴向力与扭转力矩绘制力载曲线，并对月壤钻取过程中不规则大颗粒进行仿真分析。还适用于月壤中存在大颗粒岩块的情况进行了众多地面试验中。技术研发人员：刘天喜,魏承,赵亚涛受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学技术研发日：技术公布日：2024/11/21