基于物质点法的土壤切削过程数值模拟分析

在土壤切削数值模拟研究中,常见的有限元法会因网格扭曲变形严重而减慢甚至终止,而离散元法存在土壤参数标定复杂等问题。针对以上问题,为提高土壤切削数值模拟精度,采用数值计算方法——物质点法,基于土壤的理想弹塑性本构关系以及莫尔-库伦失效准则和最大主应力失效准则建立了土壤切削模型。将数值模拟结果同已发表的试验数据对比,发现在土壤不同区域的变形预测及其动态演化过程中,本文数值模拟结果同试验结果高度吻合:剪切角误差不超过2.5°、剪切长度平均误差为10.4mm;在土壤发生剪切失效时,对土壤切削阻力预测精度较高,平均误差为3.4%。验证了物质点法在土壤切削过程模拟的可行性与有效性,为土壤切削过程的数值模拟提供了新思路。

基于SPH算法的平面刀土壤切削过程模拟

以我国华北一年两熟区保护性耕作地土壤为原型,利用ANSYS/LS_DYNA对平面刀切削土壤过程进行数值模拟,并通过理论分析和试验,验证SPH算法在模拟平面刀切削土壤过程方面的可行性。结合MAT147土壤材料模型,SPH算法及点-面侵蚀接触,运用ANSYS/LS_DYNA软件对平面刀切削土壤过程进行有限元分析。仿真结果表明,SPH算法能够直观模拟平面刀切削土壤整个过程,最大等效应力为5.851 MPa,主要集中在与平面刀接触的土壤上;平面刀切削全过程表明,土壤所受等效应力波动较小,切削过程比较平稳;稳定切削时切削功耗在10.2 kW附近波动,通过理论和试验验证,仿真切削误差不大于0.05。由此说明SPH算法进行平面刀切削过程的数值模拟是可行的。

基于LS-DYNA茶园立式旋耕刀具土壤切削过程模拟

为了降低耕作功耗,优化茶园管理机立式旋耕装置的结构与性能,根据立式旋耕刀具切削土壤的工作特点,利用ANSYS/LS-DYNA971显式动力分析软件对立式旋耕刀具土壤切削过程进行模拟,得出了立式旋耕刀具切削土壤的等效应力的变化规律、切削能耗的大小以及切削功率消耗。数值模拟结果表明,刀具转速为300 r/min,机组行进速度为0.15 m/s,耕深为0.1 m时,立式旋耕刀切削土壤的平均功耗为2.78 k W,且土壤最大等效应力发生在刀刚入土时的刀刃处。通过与试验结果比较,发现模拟数值与试验值吻合良好,这表明该数值分析方法是有效的,可用来指导立式刀具切削土壤的进一步研究,并为茶园管理机旋耕装置优化设计提供可靠的依据。

基于光滑流体动力学的土壤切削仿真研究

运用Pro/E、ANSYS和LS-PREPOST软件,建立了旋耕刀切削土壤有限元模型。应用光滑流体动力学(SPH)算法和有限单元理论,采用可压缩的土壤和泡沫材料,结合DYNA求解器,对土壤切削进行了仿真研究。模拟了旋耕刀切削土壤的过程,得到了旋耕刀切削土壤过程的切削力和功耗的曲线图。仿真结果表明:光滑流体动力学能较好地反映旋耕刀切削土壤的物理现象,与实际工作过程相符合,验证了仿真的可靠性,从而为研究土壤破碎机理和旋耕刀具优化设计提供了理论依据。

逆转旋耕过程中土壤切削的研究

建立了逆转旋耕二面楔切削土壤的剪切模型。对逆转旋耕二面楔切削土壤的负荷、能耗及土壤总应变提出了计算方法。

有限元法在土壤切削过程模拟中的应用

介绍了土壤切削和有限元法的基本概念,探讨了国内外学者使用有限元法模拟土壤切削过程的进展情况,总结了有限元法在土壤切削过程模拟中遇到的问题。同时,提出了应加强对有限元法在多参数交互、有秸秆混合的复杂土壤条件下的切削过程模拟的研究。

一种钻耕刀具的设计及颗粒土壤切削运动与动力仿真

提出一种新的微耕机钻耕刀具,其综合犁耕与旋耕刀具的优点有利于提高切削土壤的平稳性,可以方便调节耕深。在刀具切削土壤计算方面,采用多体动力学方法与有限元力学分析结合,颗粒化构造土壤,动态模拟耕地过程中土壤的变形、散开,以及刀具上的应力变化,为土壤耕作仿真研究提供一种新的尝试。

基于平面铲板结构改进的土壤切削阻力试验研究

通过分析平面铲板对土壤切削的理论模型,研究平面铲板在90°切削倾角下对土壤的切削过程;为减小该切削倾角下的切削阻力,对平面铲板进行结构改进,在其刃缘加装6种不同长度的水平铲刀;以平面铲板和结构改进的L型铲板为切削工具,以级配土为试验对象,采用自行研制的拉拽式土壤切削试验装置进行土壤切削试验研究;通过对比分析发现,对铲板进行结构改进后,由于水平铲刀对土壤的剪切作用,使切削过程中的切削阻力显著减小;水平铲刀长度在不同切削深度下存在一个最优值,但切削深度较小时该值并不明显;最后,根据试验结果,对不同切削深度下水平铲刀的长度进行优选;采用优选值代替最优值,拟合出了水平铲刀长度随切削深度的变化曲线,并对加装水平铲刀导致切削阻力减小的内在机理进行分析。

振动深松铲土壤切削有限元模拟分析——基于ANSYS/LS_DYNA

为了分析振动式深松机在耕作过程中深松铲与土壤之间的相互作用关系,首先研究了国内外采用有限元分析方法研究土壤切削问题的工作进展情况。为揭示振动深松减阻本质,借助ANSYS/LS-DYNA971软件,构建了深松铲和土壤的有限元仿真模型,并选用MAT_FHWA_SOIL和线弹材料分别作为土壤和深松铲的材料模型。将UG中的运动仿真数据作为深松铲载荷数据,通过Excel文件导入,对深松铲切削土壤的工作工程进行模拟,得出了深松铲切削土壤过程功耗的变化和深松铲在工作过程的等效应力(von Mises stress)情况,为深松铲结构参数的优化提供了依据。

基于ANSYS/LS-DYNA旋耕刀具的土壤切削数值模拟

本文运用Creo Parametric 2.0对多功能耕作起垄机旋耕刀具进行有限元建模,并通过ANSYS/LS-DYNA对旋耕刀具切削土壤进行显示动力学分析,探讨了旋耕起垄复合刀具的切削过程,分析了旋耕刀具的力学特性及切削土壤时功耗的大小,旨在揭示旋耕刀具切削土壤的工作机理,为多功能起垄机的动力选型和结构参数的优化设计提供科学依据。

基于SPH算法的立式旋耕刀土壤切削仿真模拟

立式旋耕是丘陵山地改善土壤结构、增加耕作深度的耕作方式之一,为研究立式旋耕刀与土壤切削的作用机理,优化刀片结构达到减阻降耗的目的,利用ANSYS/LS-DYNA软件并采用SPH方法对旋耕刀进行有限元动态仿真,对3种不同螺旋线型的刀片进行对比分析.根据仿真结果分析了旋耕刀的切削阻力和切削功率变化规律,最终选用的B刀片比A刀片切削阻力降低9.42%,切削功率降低14.02%,并对B旋耕刀进行田间实验,其功率和扭矩与仿真分析结论一致.

基于SPH/FEM耦合算法的土壤切削仿真与研究

ANSYS/LS-DYNA仿真软件,采用SPH/FEM耦合算法模拟旋转刀具切削土壤作业过程。在Solid Works中建立刀具—土壤模型,用ANSYS/LS-DYNA进行前处理,修改K文件建立耦合模型,在LS-PREPOST中查看LS-DYNA9 7 1求解结果 ,对数据进行二次处理,分析作业过程能耗变化及应力分布,为后期优化刀具提供依据。文中土壤本构模型采用MAT_147(MAT_FHWA_SOIL)材料,对材料屈服准则进行详细阐述,相比标准MohrCoulomb屈服准则,修改后的Mohr-Coulomb屈服准则引入了修正系数Ahyp,分析了Ahyp取值对屈服面的影响,得出Ahyp与土壤内聚力和内摩擦角关系;阐述SPH算法和SPH/FEM耦合算法,分别用FEM算法、SPH算法和SPH/FEM耦合算法模拟土壤切削过程。结果表明:在土壤切削前期,网格没有发生畸变时,3种方法模拟结果相近,随着有限元网格发生畸变,FEM算法产生了误差,验证了SPH/FEM耦合算法在土壤切削仿真过程中的可行性与准确性。

基于有限元法的耙齿土壤切削仿真

针对耙吸挖泥船耙齿切削土壤的问题,提出了基于有限元的数值模拟方法。建立了耙齿和土壤的三维力学分析模型,充分考虑到土体的黏塑性并将修正的Drucker-Prager土壤模型作为土体的非线性有限元模型。利用LS-DYNA软件的动态显式算法对过程进行模拟,分析了不同切削深度以及不同切削速度下所得到的切削阻力,并通过理论方法对结果进行对比分析,验证了ALE(Arbitrary-Lagrange-Euler)算法在切削大变形问题上的可靠性,为耙齿进一步研究奠定基础。

基于破碎行为的土壤切削实验与仿真研究

构建了微型土条切削实验台,由于充分缩小刀具和土条的尺寸,而具有制样的快捷性、操作的可重复性及切后土壤破碎体统计分析的方便性,是土壤破碎适合的实验测试手段。土壤破碎仿真则以离散单元法为主的土壤切削失效、经由Image-Pro Plus实现的微裂纹生长、在Matlab中进行土壤破碎体的尺度统计3个步骤实现。使用目前提供的计算参数仿真,得到的平均土块径与含水率10%条件的切削实验结果一致,而仿真所得的土壤破碎体分形维数则与25%条件的切削实验结果一致。

基于多种通讯的土壤切削实验台监控系统

为了实现土壤切削实验台监控系统的远程监控和测量,提高系统的可维护性及各设备高效运行要求,设计了一套基于多种通讯方式的土壤切削实验台监控系统。根据土壤切削监控系统组成,介绍了以太网通讯、PPI通讯、Modbus通讯以及OPC通讯在监控系统中的应用。进行了硬件组态及OPC客户端程序设计,实现了通讯和实验。结果显示,系统自建立运行以来,设备运转正常,数据传输可靠;同时,由多种通讯方式在土壤切削中的应用,证明了该实验通讯的稳定性和多种通讯方式之间良好的兼容性。

我国第一个土壤切削模拟试验台研制成功

我国第一个大型回转环形土槽式土切试验台。最近由工程兵工程学院研制成功,12月29日通过专家鉴定。诙成果的推出为部队、地方高等院校、科研单位进行形象化的试验教学和土壤切削研究提供了先进的试验设备。具有较高的实用价值和良好的社会效益、军事效益。

基于CEL法的土壤切削过程模拟

针对有限元法模拟土壤深度切削时,部分单元容易发生较大的变形,网格扭曲严重,从而导致计算中断的现象,利用ABAQUS软件建立了土壤深度切削的有限元模型,分别采用耦合欧拉-拉格朗日法(简称CEL法)和传统的拉格朗日法模拟了土壤的深度切削过程。通过对比发现,CEL法的切削效果更好,并与实际的切削过程更为贴近,且CEL法的切削力波动小,更为平稳。研究结果对应用有限元法模拟矿山工程、道路路基等基建工程施工及农业耕作具有一定的参考价值,也提供了另一种模拟土壤切削过程的方法。

土壤振动切削减阻技术研究现状分析

振动方式作为一种新型非传统方法,能有效解决土壤耕作或切削过程中阻力大、能耗高等问题,已成为土壤切削减阻技术发展的重要方向。机具振动参数、土壤固有振动特性参数及两者的协调匹配问题是土壤振动切削减阻技术主要研究对象,均会对切削阻力产生重要影响。为此,分析总结了振动频率、振幅、振动角和速比等机具振动参数与牵引阻力、不同地区土壤外在参数、土壤固有振动特性参数间的共性问题和联系规律,归纳了现阶段控制系统参数辨识和自适应控制等两种常见的振动参数优选匹配方法。最后,以高减阻、低功耗为目标,对土壤振动切削减阻技术趋势和未来发展方向进行分析和展望,旨在为振动式土壤切削机具设计与开发过程中机具振动参数确定提供选择依据。

基于LS-DYNA的水田株间除草爪切削土壤仿真分析

为解决目前水田株间除草部件设计周期长、试验效果差等问题,以及更好地揭示黑龙江省水田除草机株间除草爪与土壤间的关系特性,采用集成建模思想研究株间除草对爪切削土壤问题。首先,采用Creo 5.0软件对除草爪与土壤进行三维建模;然后,将建好的三维模型导入Hyper Mesh2017软件进行模型修复与网格划分,利用LS-PrePost进行关键字定义;最后,利用LS-DYNA软件对除草爪切削土壤过程进行有限元仿真分析。采用有交互作用的正交试验方法选取除草爪入土深度、旋转角速度和机器前进速度3个因素,进行3因素3水平仿真试验分析,得到各因素及各因素间一级交互作用对试验评价指标土壤所受平均有效应力的影响规律。仿真结果表明:各因素对土壤平均有效应力影响主次顺序为:除草爪转速、机器前进速度、机器前进速度×除草爪转速、入土深度×机器前进速度、入土深度、入土深度×除草爪转速。仿真回归模型呈正态分布,表明该模型可靠,可以用作预测试验模型,可为水田株间除草爪在不同田间作业参数提供参考。

土壤直角切削的有限元仿真

为减少耕作阻力,优化耕整机具结构与性能,基于ANSYS/L-SDYNA利用修正的Drucker-Prager塑性模型、用Lagrange和ALE相结合的方法,以粘性土壤为对象开展了直线刃口刀具对其直角切削的有限元数值模拟,得到了土壤的滑移破坏变形状况、刀具应力分布和切削阻力变化。同时对该土壤开展了室内土槽试验,研究显示有限元仿真结果与试验结果基本一致。