一种基于冰壤混合模拟月壤的围压应力时效强化方法技术

本发明专利技术提出了一种基于冰壤混合模拟月壤的围压应力时效强化方法，属于月球原位资源利用、空间探测领域。解决了需要设计一种超低温、应力时效、温度应力监测的模拟月壤围压应力时效强化方法以满足各种特殊工况问题，提出一种可保持在

【技术实现步骤摘要】
一种基于冰壤混合模拟月壤的围压应力时效强化方法


[0001]本专利技术属于月球原位资源利用、空间探测领域，特别是涉及一种基于冰壤混合模拟月壤的围压应力时效强化方法。

技术介绍

[0002]现阶段，对于真实月壤的研究与钻取，对了解其主要组分和力学性能日益迫切。迄今为止，地面模拟月壤的层面主要分为水混壤、冰混壤和汽凝冰模拟月壤。关于围压应力时效强化主要针对水混壤进行，其余二者并未有相应的具体实施或较好进展而汽凝冰的制备技术并不成熟，故具有一定的局限性。因此，现在需要一种关于冰混壤模拟月壤的围压应力时效强化方法，以满足相应工况或极端工况的需求。
[0003]目前的含水模拟月壤——水混壤模拟月壤应力时效强化的方法，其是使用烘箱烘干后的模拟月壤，之后添加超纯水进行混水混合制备相应含水率的模拟月壤，进行静置均化后并将其装入月壤桶中，使用液压机对月壤桶中的含水模拟月壤进行静压力分层密实后，将其放入到低温冰箱进行梯度制冷，最终达到围压应力时效强化的目的，但该方法存在一定的水损，导致含水率的不准确。
[0004]因此，亟需设计一种受水损干扰小、恒超低温环境的高精准含水率且均一性良好的模拟月壤围压应力时效强化方法，以满足相应工况及极端工况的需求。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术为了解决需要设计一种超低温、应力时效、温度应力监测的模拟月壤围压应力时效强化方法以满足各种特殊工况问题，提出一种可保持在
‑
180℃左右、静力压实的围压应力时效强化方法，可以实现对冰壤温度和压力以及对应力时效的效能的严格把控。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种基于冰壤混合模拟月壤的围压应力时效强化方法，具体包括以下步骤：
[0007]步骤S1：根据极区月壤矿物组分选择斜长岩和玄武岩作为模拟月壤的制备原料；
[0008]步骤S2：混配10kg的原料，常温下用搅拌器使用50r/min速度匀速搅拌1min之后，再使用180r/min匀速搅拌5分钟均匀混合；
[0009]步骤S3：称量烘干前试样质量并将烘干机温度调为105℃，烘干时间6小时以上，烘干至恒重；
[0010]步骤S4：在冰壤混合之前，用液氮给冰壤混合设备及相关设备和模拟月壤颗粒预冷至
‑
180℃；
[0011]步骤S5：称量烘干后的试样质量，通过公式计算初始含水率；
[0012]步骤S6：按照试验所需含水率计算出所需水的质量，将水放于容器中逐渐抽真空并赋予
‑
80℃的低温环境进行冻结制冰，制冰结束后将冰块放于碎冰机中，直至均匀粉碎成小颗粒备用；
[0013]步骤S7：将冰颗粒和模拟月壤颗粒倾倒至预冷好的搅拌设备，在低温
‑
180℃的情况下，将样本不断进行搅拌，实现样本均匀混合；
[0014]步骤S8：密实容器承装前要先用超低温应变片对其侧壁进行贴附，并对超低温应变片进行常温标校；
[0015]步骤S9：低温赋形工艺采用在
‑
180℃低温环境下静力压实的方式，为保证样本沿纵深方向密度的均一性，压实过程需逐层添加，逐层压实；
[0016]步骤S10：用保鲜膜或透明密封袋将剖面样本上表面与空气接触部分密封起来，然后先用手钻在预设传感处钻孔，温度传感器穿过空心螺栓插入传感器孔，缠绕生料带，拧紧螺栓；在样本的深度方向每隔一定距离布置两个温度传感器，将安装好的温度传感器与温度变换器连接，连接电源通电，不断对温变进行记录；
[0017]步骤S11：低温赋形后继续保持低温环境，利用应力时效施加装置对样本进行围压施加，并用监测装置对温度及压力进行实时监测；其后，将其进行梯度制冷，将其放入低温冰箱，根据温度、压力传感器的采集监控，使其在0℃～
‑
30℃，制冷时间约为12h，继而，将其放到超低温冰箱中，最后将其放到预冷后的液氮桶中，进行三级制冷，待到液氮挥发完毕，模拟月壤会逐渐升温，使其静置30～60min，不断记录温变和压变；
[0018]步骤S12：将梯度制冷完毕的模拟月壤在保证低温
‑
180℃的情况下进行转移，留待试验备用。
[0019]更进一步的，步骤S2中，选取小于1mm的粒径两种土壤进行混配。
[0020]更进一步的，步骤S2：按照7:3将斜长岩和玄武岩混配10kg的原料。
[0021]更进一步的，步骤S5中，最大允许误差应为
±
0.5％，若含水率在误差允许范围内，则继续进行冰壤混合，否则需要重新进行烘干，直到含水率在误差范围之内。
[0022]更进一步的，步骤S7中，先以50r/min慢速搅拌20min，后调至快速搅拌10min，实现样本均匀混合。
[0023]更进一步的，步骤S9中，每次称取固定质量的模拟月壤，倒入月壤桶中，将预冷的质量块压在样本上方，控制压力机压头恒速进给，压力最高不超过100kN，根据压实块上标记的刻度确定压实高度，压实到指定高度后，保压30s泄压；每压完一层需要对上表面进行刮毛处理，防止样本出现分段。
[0024]更进一步的，步骤S10中，一个温度传感器插入样本50mm，另一个温度传感器插入样本40mm，两个温度传感器对称分布。
[0025]更进一步的，步骤S11中，利用应力时效施加装置对样本进行围压施加，最大施加压力为8kN，围压保持时间为12h。
[0026]更进一步的，步骤S11中，将其放到超低温冰箱中，根据温度、压力传感器的采集监控，使其在
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30℃～
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80℃，制冷时间约为24h。
[0027]更进一步的，步骤S11中，三级制冷为根据温度、压力传感器的采集监控，使其在
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80℃～
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180℃，制冷时长为3～4h。
[0028]与现有技术相比，本专利技术所述的一种基于冰壤混合模拟月壤的围压应力时效强化方法的有益效果是：
[0029](1)本专利技术提出的冰壤混合模拟月壤的围压应力时效强化方法，根据试验所需含水率计算出所需水的质量，将水放于容器中逐渐抽真空并赋予
‑
80℃的低温环境进行冻结
制冰，制冰结束后将冰块放于碎冰机中，直至均匀粉碎成小颗粒备用，用该方法制备的颗粒粒径可以更好与模拟月壤颗粒混合达到均质。
[0030](2)本专利技术提出的冰壤混合模拟月壤的围压应力时效强化方法，密实容器承装前要先用超低温应变片对其侧壁进行3
×
3阵列式贴附，并对超低温应变片进行常温标校，在进行低温应力围压施加时可以对压力变化进行记录。
[0031](3)经过应力时效处理后，月壤颗粒与冰颗粒间分子作用力较施加前增大，使得两界面融合，导致颗粒与颗粒之间胶结强度增大，力学性能提升。
附图说明
[0032]构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于冰壤混合模拟月壤的围压应力时效强化方法，其特征在于：具体包括以下步骤：步骤S1：根据极区月壤矿物组分选择斜长岩和玄武岩作为模拟月壤的制备原料；步骤S2：混配10kg的原料，常温下用搅拌器使用50r/min速度匀速搅拌1min之后，再使用180r/min匀速搅拌5分钟均匀混合；步骤S3：称量烘干前试样质量并将烘干机温度调为105℃，烘干时间6小时以上，烘干至恒重；步骤S4：在冰壤混合之前，用液氮给冰壤混合设备及相关设备和模拟月壤颗粒预冷至
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180℃；步骤S5：称量烘干后的试样质量，通过公式计算初始含水率；步骤S6：按照试验所需含水率计算出所需水的质量，将水放于容器中逐渐抽真空并赋予
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80℃的低温环境进行冻结制冰，制冰结束后将冰块放于碎冰机中，直至均匀粉碎成小颗粒备用；步骤S7：将冰颗粒和模拟月壤颗粒倾倒至预冷好的搅拌设备，在低温
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180℃的情况下，将样本不断进行搅拌，实现样本均匀混合；步骤S8：密实容器承装前要先用超低温应变片对其侧壁进行贴附，并对超低温应变片进行常温标校；步骤S9：低温赋形工艺采用在
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180℃低温环境下静力压实的方式，为保证样本沿纵深方向密度的均一性，压实过程需逐层添加，逐层压实；步骤S10：用保鲜膜或透明密封袋将剖面样本上表面与空气接触部分密封起来，然后先用手钻在预设传感处钻孔，温度传感器穿过空心螺栓插入传感器孔，缠绕生料带，拧紧螺栓；在样本的深度方向每隔一定距离布置两个温度传感器，将安装好的温度传感器与温度变换器连接，连接电源通电，不断对温变进行记录；步骤S11：低温赋形后继续保持低温环境，利用应力时效施加装置对样本进行围压施加，并用监测装置对温度及压力进行实时监测；其后，将其进行梯度制冷，将其放入低温冰箱，根据温度、压力传感器的采集监控，使其在0℃～
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30℃，制冷时间为10
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14h，继而，将其放到超低温冰箱中，最后将其放到预冷后的液氮桶中，进行三级制冷，待到液氮挥发完毕，模拟月壤会逐渐升温，使其静置30～60min，不断记录温变和压变；步骤S12：将梯度制冷完毕的模拟月壤在保证低温
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【专利技术属性】
技术研发人员：唐钧跃，张伟伟，姜生元，田野，孙雁彬，张嘉航，汪凌昕，韩宇龙，肖文韬，侯建飞，张志恒，迟关心，
申请(专利权)人：哈尔滨商业大学，
类型：发明
国别省市：