【摘要】：我國作為糧食生產(chǎn)大國,每年生產(chǎn)糧食6億噸,耕翻土壤上千億噸,由此可見提高相關(guān)機(jī)械部件的工作性能,可以帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。對(duì)于農(nóng)業(yè)機(jī)械的數(shù)字化設(shè)計(jì)過程,可以采用離散元法通過計(jì)算機(jī)對(duì)物理樣機(jī)建模進(jìn)行模擬試驗(yàn),不但可以為開發(fā)人員優(yōu)化設(shè)計(jì)提供良好的數(shù)據(jù)支持,還可以減少機(jī)械制造的開發(fā)周期。因此,離散元法在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)仿真中得到廣泛的應(yīng)用。但是在仿真模擬過程中,由于農(nóng)作物顆粒的數(shù)量級(jí)比較大,致使顆粒生成占用了大量仿真時(shí)間。并且由于現(xiàn)實(shí)世界中的農(nóng)作物顆粒種類繁多,顆粒材料屬性的多樣性,導(dǎo)致在仿真過程中需要對(duì)多種顆粒進(jìn)行建模,同時(shí)在計(jì)算顆粒接觸力時(shí)還需要考慮不同顆粒屬性的差異,這樣增加了顆粒仿真的難度和時(shí)間�；诖�,經(jīng)過對(duì)課題組原有AgriDEM1.0軟件進(jìn)行深度剖析,本文添加了多種顆粒模型的生成、混合顆粒模型的鄰居搜索以及混合顆粒模型接觸力計(jì)算等功能,然后重新設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了新軟件AgriDEM2.0的求解器。首先,本文在課題組原仿真軟件AgriDEM1.0的基礎(chǔ)上,采用面向?qū)ο笏枷?重新設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了仿真軟件AgriDEM2.0的求解器。設(shè)計(jì)了顆粒建模,將球顆粒作為一種特殊的組合球進(jìn)行建模;提出了顆粒生成類型概念,同時(shí)設(shè)計(jì)了普通入料口以及基于區(qū)域網(wǎng)格的顆粒生成方法,實(shí)現(xiàn)了混合顆粒模型的生成;設(shè)計(jì)了基于網(wǎng)格的鄰居搜索算法,支持混合顆粒模型的鄰居搜索;設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了五種可以支持多物理屬性的接觸力學(xué)模型�；谏鲜龉ぷ鲗�(shí)現(xiàn)了混合顆粒模型的仿真模擬。其次,本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了材料試驗(yàn)?zāi)K,可以仿真拉伸試驗(yàn)?zāi)M、壓縮試驗(yàn)?zāi)M、剪切試驗(yàn)?zāi)M和彎曲試驗(yàn)?zāi)M。通過具有連接關(guān)系的球顆粒對(duì)試驗(yàn)樣本進(jìn)行建模,實(shí)現(xiàn)了多種試驗(yàn)樣本的生成。設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了連接力學(xué)模型與接觸力學(xué)模型的耦合計(jì)算,對(duì)于試驗(yàn)樣本中的球顆粒,具有連接關(guān)系的球顆粒之間采用連接力學(xué)模型計(jì)算其之間的連接力,而沒有連接關(guān)系的球顆粒之間采用線性粘彈性接觸力學(xué)模型計(jì)算其之間的接觸力。設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了材料試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析模塊,通過仿真計(jì)算中保存的數(shù)據(jù)信息繪制機(jī)械部件受力與位移關(guān)系的趨勢(shì)圖。最后,本文對(duì)上述工作中實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行了測(cè)試與分析。測(cè)試結(jié)果表明本文中所實(shí)現(xiàn)的功能均達(dá)到了仿真模擬的要求,并且本文在AgriDEM2.0中的設(shè)計(jì)改進(jìn)可以使仿真試驗(yàn)更貼近實(shí)際試驗(yàn),從而使AgriDEM2.0軟件可以更廣泛的應(yīng)用在各種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)仿真試驗(yàn)中。同時(shí),本文在AgriDEM2.0計(jì)算部分的設(shè)計(jì)中提供了眾多接口,本文通過這些接口設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了材料試驗(yàn)?zāi)K,對(duì)于后續(xù)人員也可以通過二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)特定的仿真實(shí)驗(yàn)。
【圖文】：

(a) 芯鏵開溝器 (b) 施肥開溝器 (a) 芯鏵開溝器 (b) 施肥開溝器圖 2.5 開溝器三維 CAD 模型 圖 2.6 開溝器三維離散元法分析模型前處理程序?qū)C(jī)械部件進(jìn)行三維建模，并將模型中的邊界存放到數(shù)據(jù)庫中，當(dāng) AgriDEM2.0 新軟件需要進(jìn)行仿真計(jì)算時(shí)，從數(shù)據(jù)庫中讀取邊界，給每一個(gè)邊界建立一個(gè)邊界類實(shí)例并存放到邊界數(shù)組中，供求解器計(jì)算使用。2.6.2 邊界與顆粒接觸判斷方法本文主要介紹顆粒與三角形邊界的接觸判斷算法，如圖 2.7。已知三角形三個(gè)頂點(diǎn)在全局坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為 A(xA,yA,zA)、B(xB,yB,zB)、C(xC,yC,zC)，，根據(jù)公式(2-1)計(jì)算三角形邊界所在平面方程為 (2-1) ( )( ) ( )( ) ( )( ) ( )( ) ( )( ) ( )( ) ( )(2-2)已知球顆粒 i 中心坐標(biāo) P(xP,yP,zP)，半徑 r，根據(jù)距離公式(2-3)計(jì)算 P 點(diǎn)到平面 ABC 的距離 d。 2 2 2(2-3)如果 為假，則說明顆粒 i 與三角形邊界不可能發(fā)生接觸。如果為真，則根據(jù)公式(2-5)將顆粒 i

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本文編號(hào)：2605583