工程用模拟月壤的配方设计及调整方法

摘要

本发明公开了一种工程用模拟月壤的配方设计及调整方法，该方法选择辉南县金川镇的孤山黑灰色火山渣作为制备模拟月壤的原料；选取中值粒径(D50)、有效粒径(D10)、过筛重量占30％的粒径(D30)、控制粒径(D60)、不均匀系数(Cu)、曲率系数(Cc)来控制模拟月壤力学性能；中值粒径D50满足48μm＜D50＜300μm，设计粒径分布尽可能在月壤粒径分布曲线范围内，通过调节Cu、Cc，使得粒径分布曲线形状符合自然规律；将火山渣破碎、制粉、分选后获取10个不同目数的原料，将分选后的原料粒径分布作为系数矩阵，设计粒径分布作为目标矩阵，通过求解该线性方程组可得到模拟月壤的配方矩阵；当模拟月壤设计粒径分布和原料的粒径分布发生改变时重新调整计算，使制备的模拟月壤力学特性与真实月壤接近。

主权项

一种工程用模拟月壤的配方设计及调整方法，该方法包括以下步骤：（一）原料选择：选择辉南县金川镇的孤山黑灰色火山渣作为制备模拟月壤的原料；（二）控制参数：中值粒径(D50)、有效粒径(D10)、过筛重量占30%的粒径（D30）、控制粒径(D60)、不均匀系数(Cu)、曲率系数(Cc)；其中：中值粒径(D50)：样品的累计粒度分布百分数达到50%时所对应的粒径，作为主要参数用于控制模拟月壤的总体粗细程度；有效粒径(D10)：土样中小于该粒径的土粒质量占土粒总质量的10%的粒径；控制粒径(D60)；土样中小于该粒径的土粒质量占土粒总质量的60%的粒径；不均匀系数(Cu)：用来衡量月壤颗粒的离散程度，也就是用来控制月壤中颗粒的均匀程度，按下式计算： C u = d 60 d 10  ；曲率系数(Cc)：控制月壤中粒度分配范围形状的指标，若Cc过大，表示累计曲线中出现的台阶在d10与d30范围内；若Cc过小，则表示台阶出现在d30与d60之间；曲率系数按下式计算： C c = d 30 2 d 10 × d 60 式中：d30为土样中小于该粒径的土粒质量占土粒总质量的30%的粒径值mm；（三）级配设计：粒径设计应满足三个最基本的条件：(1)应符合月壤规律，48μm<中值粒径(D50)<300μm；(2) 模拟月壤的粒径分布曲线应在月壤粒径曲线分布范围内；(3)  通过调节不均匀系数(Cu)、曲率系数(Cc)，使得粒径分布曲线形状符合自然规律，保证模拟月壤力学特性应与真实月壤接近；（四）配方设计：配方采用同质材料，通过控制粒径分布方法制备模拟月壤，即将生产加工的不同粒径分布的原料颗粒，按照一定比例混合从而达到设计的粒径参数，描述原料粒径分布、预期粒径分布和配方的线性方程组如下述公式所示： a 11 x 1 + a 12 x 2 + . . . + a 1 n x n = b 1 a 21 x 1 + a 22 x 2 + . . . + a 2 n x n = b 2 . . . a m 1 x 1 + a 19,2 x 2 + . . . + a mn x n = b m 即：A.X=B其中：A = [aij]m×n为系数矩阵，即原料的粒径分布，在实际生产中为分选后不同目数的火山渣颗粒的粒径分布；X = [xij]n×1为配方矩阵，为各目数原料的质量百分比；B = [bij]m×1为模拟月壤粒径预期分布，通过小规模制备和力学性能试验获得；m=19，分别代表粒级μm：10000、5000、2000、1000、500、250、100、75、60、50、40、30、20、10、8、4、2、1、0.5；n=10，分别代表：3、4、8、10、18、40、60、16、200和325目；通过求解公式（1）可得模拟月壤配方；（四）配方调整：配方调整有两种情况：一种情况是模拟月壤预期粒径分布发生变化，模拟月壤粒径分布的预期值是通过文献归纳后经过小规模制备预试验获取的，为了获得与真实月壤接近的力学性质，需要根据力学性质的具体情况对模拟月壤的粒径分布参数进行调整，从而导致配方改变；另一种情况是公式（1）中的系数矩阵A发生改变，也就是制备模拟月壤原料的粒径分布发生了改变，这是由于规模化生产过程中，工艺、设备和人为因素变化造成的，这就需要在模拟月壤制备实施过程中对配方进行动态调整。