【摘要】：開(kāi)溝器是播種機(jī)械和施肥機(jī)械上的重要工作部件，其工作性能影響著整個(gè)播種（施肥）機(jī)具的工作質(zhì)量。研究土壤—耕作部件相互作用的傳統(tǒng)方法為有限元法，這種方法將土壤視為一個(gè)整體，然而土壤具有散粒體的特征，且在耕作過(guò)程中存在土層的分離和混合及土壤顆粒的流動(dòng)，利用有限元法無(wú)法從細(xì)觀準(zhǔn)確描述土壤運(yùn)動(dòng)。離散元法是一種分析散體顆粒的不連續(xù)數(shù)值模擬方法，由Cundall于20世紀(jì)70年代提出。土壤作為一種典型的復(fù)雜顆粒團(tuán)聚體，具有明顯的散體顆粒特征，因而利用離散元法研究土壤—機(jī)械相互作用的過(guò)程比較合適。 本文對(duì)開(kāi)溝器的工作過(guò)程進(jìn)行了離散元仿真分析及玻璃土槽試驗(yàn)研究。土槽試驗(yàn)中選用的是長(zhǎng)春地區(qū)的典型黑壤土，對(duì)土壤的物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行測(cè)試，得到了土壤的性質(zhì)及離散元仿真時(shí)所需要的一些參數(shù)。根據(jù)這些參數(shù)對(duì)芯鏵式開(kāi)溝器的工作過(guò)程進(jìn)行初步的仿真，得到一組仿真數(shù)據(jù)；然后采用全面試驗(yàn)的方法對(duì)芯鏵式開(kāi)溝器進(jìn)行土槽試驗(yàn)。在進(jìn)行開(kāi)溝器土槽試驗(yàn)時(shí)，，自建一面為透明的微型玻璃土槽試驗(yàn)臺(tái)，利用雙向力傳感器和動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)對(duì)開(kāi)溝器工作過(guò)程中的水平阻力和垂直阻力進(jìn)行了測(cè)試；對(duì)土壤進(jìn)行分層處理，并利用高速攝像機(jī)從不同角度拍攝開(kāi)溝器工作過(guò)程中的土壤擾動(dòng)情況。 通過(guò)仿真結(jié)果與土槽試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比發(fā)現(xiàn)初步建立的土壤顆粒模型誤差較大，在對(duì)參數(shù)修正之后重新進(jìn)行仿真分析。利用修正的仿真模型所得到的芯鏵式開(kāi)溝器工作阻力的走向和趨勢(shì)與試驗(yàn)結(jié)果保持一致；且通過(guò)仿真過(guò)程的截圖與高速攝像記錄的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)土壤的擾動(dòng)情況相類(lèi)似，驗(yàn)證了利用離散元分析軟件所建立的土槽模型中參數(shù)的合理性。其中，土壤顆粒接觸模型為Hertz-Mindlin粘結(jié)模型，土壤顆粒間的法向剛度系數(shù)為13000~25000N/m，切向剛度系數(shù)為9000~19000N/m；臨界法向應(yīng)力為50000~62000Pa，臨界切向應(yīng)力為25000~35000Pa。為了驗(yàn)證土壤模型的通用性，又對(duì)滑刀式開(kāi)溝器的工作過(guò)程進(jìn)行了仿真分析，并與其土槽試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，二者具有良好的相關(guān)性，進(jìn)一步驗(yàn)證了土壤模型及參數(shù)選取的合理性。 本文通過(guò)對(duì)兩種開(kāi)溝器進(jìn)行室內(nèi)土槽試驗(yàn)和離散元法仿真試驗(yàn)，表明了利用離散元法進(jìn)行土壤—機(jī)械相互作用研究的優(yōu)勢(shì)；研究結(jié)果為開(kāi)溝器的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供了新的思路和方法。
【學(xué)位授予單位】：吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：S223.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2613939