本發(fā)明涉及模擬月壤制備，尤其涉及一種模擬月壤級(jí)配設(shè)計(jì)方法、裝置、設(shè)備及介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、為了實(shí)現(xiàn)月球探測(cè)任務(wù)目標(biāo)，需要在地面開展大量的模擬試驗(yàn)，而高保真模擬月壤的設(shè)計(jì)及制備是開展月球探測(cè)相關(guān)試驗(yàn)的重要基礎(chǔ)，模擬月壤的物理化學(xué)性質(zhì)對(duì)月球探測(cè)器設(shè)計(jì)、制造以及開展面向月面原位建造工程研究具有直接影響，其中，顆粒級(jí)配特征是決定模擬月壤性能的關(guān)鍵因素之一。

2、關(guān)于模擬月壤級(jí)配調(diào)控主要采用篩分、曲線擬合等方法，在一定程度上可以指導(dǎo)模擬月壤的配制，但仍存在一些不足：一方面，這些方法主要針對(duì)單一或少量組分的均質(zhì)材料體系，對(duì)于多組分非均質(zhì)的月壤體系，其適用性和精度有待提高；另一方面，傳統(tǒng)方法得到的模擬月壤在細(xì)顆粒級(jí)配上與真實(shí)月壤存在較大差異，難以完全滿足高保真模擬的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，有必要提供一種模擬月壤級(jí)配設(shè)計(jì)方法、裝置、設(shè)備及介質(zhì)，用以解決配置模擬月壤時(shí)組分少以及模擬月壤在細(xì)顆粒級(jí)配上與真實(shí)月壤存在較大差異的技術(shù)問題。

2、為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種模擬月壤級(jí)配設(shè)計(jì)方法，包括：

3、基于獲取的模擬月壤粒徑分布信息構(gòu)建緊密堆積模型，基于所述緊密堆積模型構(gòu)建改進(jìn)的模擬月壤級(jí)配模型；

4、基于獲取的真實(shí)月壤粒徑分布信息以及所述改進(jìn)的模擬月壤級(jí)配模型確定目標(biāo)函數(shù)；

5、確定所述目標(biāo)函數(shù)的約束條件，基于所述目標(biāo)函數(shù)、所述約束條件，采用最小二乘法對(duì)所述目標(biāo)函數(shù)的未知參數(shù)進(jìn)行迭代優(yōu)化，獲得目標(biāo)模擬月壤級(jí)配模型；

6、基于所述目標(biāo)模擬月壤級(jí)配模型設(shè)計(jì)高保真模擬月壤。

7、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述模擬月壤由不同化學(xué)組分的礦物原料組成；所述基于獲取的模擬月壤粒徑分布信息構(gòu)建緊密堆積模型，包括：

8、以高保真模擬月壤為基體，確定所述模擬月壤的礦物原料組分；

9、采用激光粒度儀對(duì)所述模擬月壤的礦物原料進(jìn)行測(cè)量，獲得模擬月壤粒徑分布信息，其中，所述模擬月壤粒徑分布信息包括不同篩分粒徑下的累積體積百分率；

10、基于所述模擬月壤粒徑分布信息構(gòu)建緊密堆積模型。

11、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述緊密堆積模型的計(jì)算式為：

12、，

13、其中，為模擬月壤混合材料的顆粒累積體積百分率，為當(dāng)前計(jì)算粒徑，為模擬月壤混合材料中顆粒最小粒徑，為模擬月壤混合材料中顆粒最大粒徑，為分布系數(shù)。

14、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，基于所述緊密堆積模型構(gòu)建引入礦物原材料級(jí)配修正系數(shù)的改進(jìn)的模擬月壤級(jí)配模型；所述改進(jìn)的模擬月壤級(jí)配模型的計(jì)算式為：

15、，

16、其中，為改進(jìn)的模擬月壤混合材料的顆粒累積體積百分率，為礦物原材料級(jí)配修正系數(shù)，為第種礦物原材料的體積占比，為常數(shù)。

17、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述目標(biāo)函數(shù)的計(jì)算式為：

18、，

19、其中，為模擬月壤與真實(shí)月壤之間的粒徑分布誤差，為真實(shí)月壤混合材料的粒徑分布函數(shù)，為模擬月壤混合材料的粒徑分布函數(shù)，為微分符號(hào)。

20、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述約束條件的計(jì)算式為：

21、，

22、其中，為模擬月壤混合材料與真實(shí)月壤混合材料粒徑分布差值的最小值。

23、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述基于所述目標(biāo)函數(shù)、所述約束條件，采用最小二乘法對(duì)所述目標(biāo)函數(shù)中的未知參數(shù)進(jìn)行迭代優(yōu)化，獲得目標(biāo)模擬月壤級(jí)配模型，包括：

24、預(yù)設(shè)閾值，基于所述目標(biāo)函數(shù)以及約束條件，采用最小二乘法對(duì)所述目標(biāo)函數(shù)中未知參數(shù)進(jìn)行迭代計(jì)算，實(shí)時(shí)獲得模擬月壤混合材料與真實(shí)月壤之間的粒徑分布誤差值，當(dāng)所述未知參數(shù)的變化量小于所述閾值時(shí)，停止迭代，并將不同參數(shù)組合下所述模擬月壤與真實(shí)月壤之間的粒徑分布誤差值進(jìn)行對(duì)比后，以所述粒徑分布誤差值最小時(shí)的參數(shù)組合作為最優(yōu)解，獲得高保真模擬月壤最優(yōu)的級(jí)配設(shè)計(jì)參數(shù)，其中，所述未知參數(shù)包括模擬月壤混合材料中多個(gè)組分礦物原料體積占比；

25、基于所述高保真模擬月壤最優(yōu)的級(jí)配設(shè)計(jì)參數(shù)獲得目標(biāo)模擬月壤級(jí)配模型。

26、另一方面，本發(fā)明還提供一種模擬月壤級(jí)配設(shè)計(jì)裝置，包括：

27、級(jí)配模型構(gòu)建模塊，用于基于獲取的模擬月壤粒徑分布信息構(gòu)建緊密堆積模型，基于所述緊密堆積模型構(gòu)建改進(jìn)的模擬月壤級(jí)配模型；

28、目標(biāo)函數(shù)確定模塊，用于基于獲取的真實(shí)月壤粒徑分布信息以及所述改進(jìn)的模擬月壤級(jí)配模型確定目標(biāo)函數(shù)；

29、優(yōu)化模塊，用于確定所述目標(biāo)函數(shù)的約束條件，基于所述目標(biāo)函數(shù)、所述約束條件，采用最小二乘法對(duì)所述目標(biāo)函數(shù)中的未知參數(shù)進(jìn)行迭代優(yōu)化，獲得目標(biāo)模擬月壤級(jí)配模型；

30、高保真模擬月壤設(shè)計(jì)模塊，用于基于所述目標(biāo)模擬月壤級(jí)配模型設(shè)計(jì)高保真模擬月壤。

31、另一方面，本發(fā)明還提供一種電子設(shè)備，包括：處理器和存儲(chǔ)器；

32、所述存儲(chǔ)器上存儲(chǔ)有可被所述處理器執(zhí)行的計(jì)算機(jī)可讀程序；

33、所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)可讀程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如上所述的模擬月壤級(jí)配設(shè)計(jì)方法中的步驟。

34、另一方面，本發(fā)明還提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有一個(gè)或者多個(gè)程序，所述一個(gè)或者多個(gè)程序可被一個(gè)或者多個(gè)處理器執(zhí)行，以實(shí)現(xiàn)如上所述的模擬月壤級(jí)配設(shè)計(jì)方法中的步驟。

35、本發(fā)明的有益效果是：基于獲取的模擬月壤粒徑分布信息構(gòu)建緊密堆積模型，考慮了月壤多組分特性，基于獲取的真實(shí)月壤粒徑分布信息以及改進(jìn)的模擬月壤級(jí)配模型確定目標(biāo)函數(shù)，考慮了模擬月壤與真實(shí)月壤在細(xì)顆粒級(jí)配上的差異，基于目標(biāo)函數(shù)、約束條件，采用最小二乘法對(duì)目標(biāo)函數(shù)中的未知參數(shù)進(jìn)行迭代優(yōu)化，獲得目標(biāo)模擬月壤級(jí)配模型，基于目標(biāo)模擬月壤級(jí)配模型設(shè)計(jì)高保真模擬月壤，有效降低多礦物原材料組成下模擬月壤與真實(shí)月壤之間的顆粒粒徑分布差異。

技術(shù)特征：

1.一種模擬月壤級(jí)配設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬月壤級(jí)配設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述模擬月壤由不同化學(xué)組分的礦物原料組成；所述基于獲取的模擬月壤粒徑分布信息構(gòu)建緊密堆積模型，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模擬月壤級(jí)配設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述緊密堆積模型的計(jì)算式為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的模擬月壤級(jí)配設(shè)計(jì)方法，其特征在于，基于所述緊密堆積模型構(gòu)建引入礦物原材料級(jí)配修正系數(shù)的改進(jìn)的模擬月壤級(jí)配模型；所述改進(jìn)的模擬月壤級(jí)配模型的計(jì)算式為：

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的模擬月壤級(jí)配設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述目標(biāo)函數(shù)的計(jì)算式為：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的模擬月壤級(jí)配設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述約束條件的計(jì)算式為：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的模擬月壤級(jí)配設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述基于所述目標(biāo)函數(shù)、所述約束條件，采用最小二乘法對(duì)所述目標(biāo)函數(shù)中的未知參數(shù)進(jìn)行迭代優(yōu)化，獲得目標(biāo)模擬月壤級(jí)配模型，包括：

8.一種模擬月壤級(jí)配設(shè)計(jì)裝置，其特征在于，包括：

9.一種電子設(shè)備，其特征在于，包括存儲(chǔ)器和處理器；

10.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有一個(gè)或者多個(gè)程序，所述一個(gè)或者多個(gè)程序可被一個(gè)或者多個(gè)處理器執(zhí)行，以實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-7任意一項(xiàng)所述的模擬月壤級(jí)配設(shè)計(jì)方法中的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種模擬月壤級(jí)配設(shè)計(jì)方法、裝置、設(shè)備及介質(zhì)，屬于模擬月壤制備技術(shù)領(lǐng)域，其中，模擬月壤級(jí)配設(shè)計(jì)方法，包括：基于獲取的模擬月壤粒徑分布信息構(gòu)建緊密堆積模型，基于緊密堆積模型構(gòu)建改進(jìn)的模擬月壤級(jí)配模型；基于獲取的真實(shí)月壤粒徑分布信息以及改進(jìn)的模擬月壤級(jí)配模型確定目標(biāo)函數(shù)，確定目標(biāo)函數(shù)的約束條件，基于目標(biāo)函數(shù)、約束條件，采用最小二乘法對(duì)目標(biāo)函數(shù)中的未知參數(shù)進(jìn)行迭代優(yōu)化，獲得目標(biāo)模擬月壤級(jí)配模型，基于目標(biāo)模擬月壤級(jí)配模型設(shè)計(jì)高保真模擬月壤，有效降低多礦物原材料組成下模擬月壤與真實(shí)月壤之間的顆粒粒徑分布差異。

技術(shù)研發(fā)人員：胡傳林,董燁民,孫華君,王發(fā)洲,覃宇坤,劉蒸蒸
受保護(hù)的技術(shù)使用者：武漢理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9