一种回转式小行星采样装置的扭矩动力学仿真方法与流程

技术特征：
1.一种回转式小行星采样装置的扭矩动力学仿真方法，其特征在于，包括：设置待采样颗粒层模型、采样装置模型、二者之间的接触参数，添加采样装置运动构件的连接约束和驱动力；仿真采样过程，输出采样装置运动构件的扭矩-时间曲线图，用于观测仿真结果、迭代仿真不断修正采样装置模型。2.根据权利要求1所述的回转式小行星采样装置的扭矩动力学仿真方法，其特征在于，所述该方法包括以下步骤：步骤1：根据dem离散元方法，设置颗粒层；步骤2：建立采样装置模型，设定采样器各零部件的材料参数；步骤3：设置颗粒与颗粒间的接触参数和颗粒与材料间的接触参数；步骤4：对采样装置模型的两个转轴施加回转约束，对采样装置模型的外壳施加位移约束，同时对两个约束设置驱动力；步骤5：对采样过程进行仿真分析，对每个运动构件添加一般力矢量gforce，设置仿真时间步长，启动耦合仿真；步骤6：输出扭矩-时间曲线图，获取采样过程中采样轮刷的最大扭矩。3.根据权利要求1或2所述的回转式小行星采样装置的扭矩动力学仿真方法，其特征在于，所述颗粒层用于模拟小行星表面风化层，颗粒模型为根据月壤的材料参数建立，颗粒大小范围为4～25mm。4.根据权利要求1或2所述的回转式小行星采样装置的扭矩动力学仿真方法，其特征在于，所述的采样装置为所述的采样装置为对称回转式结构，包括采样器外壳(1)、2个采样轮刷(2)、轴承连接件(3)；采样轮刷(2)通过轴承连接件(3)与采样器外壳(1)内壁转动连接，2个采样轮刷(2)相对反向旋转，所述采样轮刷(2)包括基轴和毛刷，毛刷均布在基轴的外表面上且交错排布；所述采样器外壳(1)还设在直线模组上。5.根据权利要求4所述的回转式小行星采样装置的扭矩动力学仿真方法，其特征在于，所述采样器外壳(1)包括样品箱(6)和设在其下部的导流罩(7)，样品箱(6)顶部中央向下延伸形成导向角(4)、底部与导流罩(7)连通，样品箱(6)底部边缘设置挡料板(5)。6.根据权利要求1或2所述的回转式小行星采样装置的扭矩动力学仿真方法，其特征在于，所述颗粒与颗粒间的接触参数通过查询手册获得，颗粒与采样装置材料间的接触参数包括恢复系数、滑动摩擦系数和滚动摩擦系数，通过参数标定试验的方式获得。7.根据权利要求2所述的回转式小行星采样装置的扭矩动力学仿真方法，其特征在于，所述采样轮刷的最大扭矩的获取过程需要重新调整采样轮刷工况参数以及采样轮刷结构参数迭代仿真来计算。8.根据权利要求2所述的回转式小行星采样装置的扭矩动力学仿真方法，其特征在于，所述的回转约束是指对两个轮刷施加相对于采样器外壳的回转约束，左侧轮刷设定为逆时针方向，右侧轮刷设定为顺时针方向；所述的位移约束是指对采样器外壳施加相对于地面的位移约束，并将轴承连接件与采样器外壳固连，实现采样装置位移同步。9.根据权利要求2所述的回转式小行星采样装置的扭矩动力学仿真方法，其特征在于，所述一般力矢量gforce为三个方向力和三个方向力矩的合集，所述仿真时间步长为仿真总时间与仿真步数的比值。10.根据权利要求2所述的回转式小行星采样装置的扭矩动力学仿真方法，其特征在
于，在耦合仿真结束后以一般力矢量gforce为对象，扭矩torque为特征输出扭矩-时间曲线图，获取采样过程中的最大扭矩；输出采样轮刷与颗粒接触时的扭矩信息，通过edem输出颗粒的运动的可视化视图。

技术总结
本发明涉及一种回转式小行星采样装置的扭矩动力学仿真方法。首先在EDEM中设置颗粒与材料参数；然后将采样装置模型分别导入EDEM和Adams中，并设定采样器各零部件的材料参数；接下来在模型两个转轴的质心位置施加回转约束，对其他零部件施加位移约束，并根据工况参数分别设置驱动参数；之后对运动构件添加一般力矢量，设置仿真时间步长，启动EDEM-Adams耦合仿真；最后通过Adams后处理，输出采样过程中两转轴扭矩随时间变化的曲线图，获取采样过程中回转轮刷的最大扭矩。本发明适用于外太空微重力环境，用来优化对称回转式采样机构的结构参数，给小行星采样机构的设计提供重要的参考指标，提高机械系统的可靠性。提高机械系统的可靠性。提高机械系统的可靠性。


技术研发人员：骆海涛 魏启明 李玉新 吴星元 王昊辰
受保护的技术使用者：中国科学院沈阳自动化研究所
技术研发日：2020.07.16
技术公布日：2022/1/17