顆粒材料理論的工程化運用
項目簡介 顆粒材料廣泛存在于自然界和人類生活和生產(chǎn)活動中。對其力學性質(zhì)的研究不僅是當前力學學科的重要基礎科學問題之一,也與諸多工程科學技術的發(fā)展密切相關,包括沙漠環(huán)境下的仿生機器人技術,沖擊防護工程,地質(zhì)災害防護等。圍繞我國探月工程重大項目需求,研究課題組近年來系統(tǒng)開展了與月壤采樣密切相關的顆粒物質(zhì)動態(tài)力學性質(zhì)及其螺旋輸動力學行為等方面的研究。研究成果不僅為我國航天工程實現(xiàn)提供了可靠的技術保障,而且在顆粒材料力學理論研究方面取得了一些重要基礎性成果。剛性介入體壓入過程中形成的顆粒材料固化區(qū)(粉紅色三角形AOB)以及流化區(qū)(綠色部分)應用范圍該項研究不僅在顆粒材料理論研究方面具有重要的理論價值,而且已應用到探月工程月壤采樣鉆采工藝規(guī)程設計當中。項目階段課題組發(fā)表在NatureCommunications 上的研究工作證實了顆粒材料具有復雜流體的典型特征。通過準靜態(tài)壓入實驗,定量表征了介入體在顆粒材料中的阻力- 深度特征曲線。并從理論上了證實:通過引入一個與顆粒材料內(nèi)摩擦角相關聯(lián)的比例系數(shù),流體力學中的經(jīng)典阿基米德定律能夠用來描述顆粒流的準靜態(tài)阻力。即介入體準靜態(tài)運動時所受阻力正比于顆粒密度和排開的材料體積。修正后的阿基米德定律中的比例系數(shù)是顆粒材料內(nèi)摩擦角的強非線性函數(shù)。該理論結(jié)果不僅能夠被課題組自身的實驗所證實,而且能夠被已有文獻的實驗結(jié)果所驗證。擴展的阿基米德定律中的比例系數(shù)知識產(chǎn)權已經(jīng)獲得相關專利授權。合作方式合作開發(fā)、技術轉(zhuǎn)讓、技術許可。
北京大學
2021-04-11