凸齿镇压器与土壤相互作用的三维动态有限元分析

• Published in: 农业工程学报 Vol. 30; no. 10; pp. 48 - 58
• Main Author: 佟金 张智泓 陈东辉 张清珠 马云海
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 吉林大学生物与农业工程学院，长春 130025 2014; 吉林大学工程仿生教育部重点实验室，长春 130025
• Subjects: 任意拉格朗日-欧拉方法; 土壤; 土壤表面微形貌加工; 有限元方法; 机具-土壤相互作用; 镇压器; Arbitrary Lagrangian-Eulerian method; finite element method; soil surface micro-topography preparation; 机具-土壤相互作用; soil-tillage tool interaction; soils; 有限元方法; rollers; 镇压器; 土壤; 土壤表面微形貌加工; 任意拉格朗日-欧拉方法
• ISSN: 1002-6819
• DOI: 10.3969/j.issn.1002-6819.2014.10.006

为分析凸齿镇压器与土壤的相互作用、预测不同的作业参数对凸齿镇压器作业效果的影响,该文利用有限元方法,在Abaqus软件中建立了凸齿镇压器与土壤相互作用的三维动态有限元模型。该模型在分析过程中使用任意拉格朗日-欧拉方法对网格进行自适应划分,以解决土体局部变形引起单元畸变而导致分析中断的问题。根据凸齿镇压器的2种工作模式,对模型设置不同的边界条件,探讨不同载荷对凸齿镇压器沉降量和所需牵引力的影响以及不同沉降量对所需载荷及牵引力的影响。搭建了基于室内土槽的凸齿镇压器牵引试验平台,通过土槽试验对有限元分析结果的有效性进行验证。结果表明,有限元求解的牵引力与实测值相对误差为3.4%,并且有限元分析模型运行结果能准确反映土壤的形貌变化特征;任意拉格朗日-欧拉方法有效解决了单元扭曲导致分析不收敛的问题;在恒定速度下,凸齿镇压器的沉降量和所需水平牵引力随着载荷的增大而增大,同样,沉降量的增大导致了所需载荷和牵引力的增加。该三维有限元模型可用于预测凸齿镇压器工作过程中的所需牵引力和土壤表面微形貌加工的作业效果,可为探索凸齿镇压器与土壤相互作用的机理,对凸齿形状进行改良与优化、以及作业条件与参数的选择提供参考依据。