振动深松铲土壤切削有限元模拟分析——基于ANSYSLS_DYNA.pdf

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1、2017年1月农机化研究第1期振动深松铲土壤切削有限元模拟分析—基于ANSYS/LS_DYNA1，21刘晓红，邱立春(1．沈阳农业大学工程学院，沈阳110161;2．青岛农业大学机电工程学院，山东青岛266109)摘要: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

2、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(vonMisesstress)情况，为深松铲结构参数的优化提供了依据。关键词:有限元模拟;土壤切削;振动式深松机;ANSYS/LS_DYNA中图分类号:S222．3文献标识码:A文章编号:1003－188X(2017)01－0019－06DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2017.01.005究土壤切削问题中选用了非线性三维有限元软件，模0引言拟分析过程中，

3、土壤材料选用Drucker－Prager非线性近年来，国内和国际上有关有限元仿真模拟在讨弹塑性模型，并考虑增量积分、深松铲选用组合式，以论土壤切削的研究热点上得到了更为广泛的应用和及不同宽度和角度的刀柄与刀头组合方式对切削性［10］深入发展，主要的研究热点从是否考虑土壤动态角度能的影响。1999年，ＲosaUA对窄齿形状的耕作分为土壤准静态切削研究和考虑动态因素对土壤切机具切削土壤过程进行了有限元模拟仿真，在仿真过削影响两方面。二者互为补充，促进共同发展。程中逐一考虑了材料属性的粘性和惯性因素对土壤［8］1985年，XieX和Z

4、hangD使用三维非线性有切削性能的影响，根据试验能耗分析得出预测土壤切［3］限元展开对土壤切削过程的仿真模拟，仿真过程中考削过程的动力需求方程。同年，FielkeJM在土壤切虑了动态因素对切削性能的影响。1993年，Kushwa-削研究中考虑了耕作部件刃口的几何形状对切削性［1］ha采用了三维非线性有限元软件对土壤切削问题能的影响，研究中使用二维有限元模拟仿真耕作过进行了研究，仿真过程中针对粘土土壤，并考虑了耕程，结果表明:仿真过程中的牵引力以及耕作部件周作部件形状对切削性能的影响，所选用的耕作部件包边土壤破碎情况均与试验结果

5、吻合。2002年，郭志军［4］含矩形、三角形和曲线形状，并做了对比试验。试验等在研究土壤切削问题中使用二维有限元分析软结果表明:曲线形状的耕作部件可以得到相对更佳的件，耕作部件设定为抛物面和直线面、部件的本构关［9］耕作效果。1995年，Kushwaha和ShenJ在有限元系假设为理想的弹塑性，仿真结果可以得出抛物线型仿真分析过程引用Newmark自增迭代积分的概念，考耕作部件对土壤的切削性能明显优于直线型耕作部［5］虑了高速运行的耕作部件在粘土中的动态响应以及件。2003年，Abo－ElnorM等人对沙土的动态土体［2］部件材

6、料和几何非线性。同年，ArayaK和GaoＲ研切削问题进行了深入研究，并利用ABAQUS有限元分制了带高压空气射流的深耕铲，在土槽试验台中进行析软件对整个切削过程进行了仿真模拟;模拟过程中了试验研究，同时使用三维有限元软件模拟了土壤切在土壤中预定义了失效面，从而得出土壤失效裂纹，削过程，二者数据吻合较好。Abdul和Miklos在研并进一步研究了不同的切削速度和切削角度下裂纹［6］变化情况。2005年，Karmaker等人使用流体动力收稿日期:2015－11－23学软件CFX来研究土壤切削问题，设定土壤描述为基金项目:国家自然科

7、学基金项目(51175354)作者简介:刘晓红(1980－)，女，山东青岛人，博士研究生，(E－mail)Bingham粘塑性材料用以进一步模拟刀具附近土壤流lxh964@126．com。［7］动的情况。Kushwaha和ZhangZX在研究土壤切削通讯作者:邱立春(1957－)，男，沈阳人，教授，博士生导师，(E－mail)qlccn@126．com。的问题采用有限元仿真分析方法，并得出了影响土壤·19·2017年1月农机化研究第1期切削性能的主要因素包含土壤的初始状态、土壤切削闭，否则得不到正确的分析数据，本文中所有模型和［

8、11］部件的形状及其运动情况。2007年，丁峻宏等分计算均采用kg－m－s－N单位制。在网络划分前要进别采用ALE方法和SPH方法研究了耕作部件对土壤行相关单元属性和材料设置。首先添加1个SOL-的切削性能，仿真结果与实验数据基本吻合。ID164实体单元，用于三