微耕机刀辊切土动力学建模及仿真
发布时间：2021-01-01 14:44
微型耕耘机（又称微耕机）具有体积小、重量轻、操控方便和易于移动等优点,适宜于丘陵山地、小面积田块和温室大棚作业,在我国应用广泛,对促进我国丘陵山区耕作机械化水平的提高起到十分积极的作用。微耕机将动力最终传递给旋耕刀辊,旋耕刀辊与士壤间相互作用,实现碎土和翻士并改变士壤结构,消灭杂草等功能,同时实现微耕机前进。由于士壤具有多相、松散和物性分散的特性,运用传统的实验方法很难定量的描述旋耕刀辊的耕作性能。通过计算机数值模拟旋耕刀辊切土,可以方便、快速地模拟旋耕刀辊的切土过程、虚拟定量的分析旋耕刀辊的切士功率,为旋耕刀辊的结构优化设计和刀片的排列方式等提供理论依据。本文主要以南方丘陵地区使用的微耕机为原型,针对南方土壤特点建立有限元模型,运用光滑质点流体动力学SPH对旋耕刀辊切削士壤过程展开数值模拟,并将模拟仿真数据与理论数据进行对比,为微耕机整机以及机械零部件的优化设计提供了理论依据。论文的主要工作包括：（1）运用三维建模软件PRO/E对旋耕刀及旋耕刀辊进行三维实体建模,以LS-DYNA的前后处理器LS-PREPOST为基础,定义土壤有限元参数和土壤特性参数,建立土壤SPH模型。（2）运用有...
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 文献综述
1.1 微耕机概述
1.1.1 微耕机的主要结构和工作原理
1.1.2 微耕机的国内外发展历程及现状
1.1.3 我国微耕机的标准体系现状
1.2 旋耕刀辊概述及其研究现状
1.2.1 旋耕刀辊及其组成
1.2.2 国内外旋耕刀辊的研究现状
1.3 土壤的特性和模型理论基础
1.3.1 土壤的特性
1.3.2 土壤模型的理论基础
1.4 土壤切削过程的研究方法简介
第2章 绪论
2.1 课题研究背景及意义
2.2 课题研究内容
第3章 土壤切削理论基础
3.1 旋耕机的运动参数
3.1.1 旋耕刀的运动轨迹、旋耕速比和耕层底部凸起高度
3.1.2 切土节距和碎土质量
3.1.3 旋耕刀的有效隙角的验算
3.2 旋耕机的功率消耗
3.2.1 刀辊受力的近似运算
3.2.2 旋耕机的功率消耗及其影响因素
第4章 旋耕刀的静力学分析
4.1 静力学分析软件介绍
4.1.1 ANSYS简介
4.1.2 Workbench简介
4.2 旋耕刀模型建立
4.2.1 旋耕刀实体模型的建立
4.2.2 旋耕刀有限元模型的建立
4.3 旋耕刀的有限元静力分析
4.3.1 旋耕刀静力分析边界条件的确定
4.3.2 求解结果
4.3.3 弯折角对旋耕刀静力学的影响
4.3.4 刀身宽度对旋耕刀静力学的影响
4.4 本章小结
第5章 旋耕刀辊切土动力学分析
5.1 刀辊的动力学分析简介
5.2 旋耕刀辊切土动力学仿真方法和软件
5.2.1 SPH方法的特点和基本理论
5.2.2 LS-DYNA简介
5.2.3 前后处理器LS-PREPOST简介
5.2.4 HyperMesh简介
5.3 旋耕刀辊和土壤模型的建立
5.3.1 刀辊中旋耕刀的合理排列
5.3.2 旋耕刀辊模型的建立
5.3.3 土壤模型的建立
5.4 仿真参数和边界条件的确定
5.4.1 旋耕刀辊参数的确定
5.4.2 土壤参数的确定
5.4.3 边界条件的确定
5.5 旋耕刀辊切土仿真流程和参数设置
5.5.1 土壤切削仿真流程
5.5.2 仿真模型的关键字输出
5.6 本章小结
第6章 仿真结果与分析
6.1 旋耕刀辊土壤切削仿真过程分析
6.2 旋耕刀切土过程土壤的等效应力分布
6.3 旋耕刀辊切削土壤力分析
6.4 旋耕刀辊切削土壤功耗分析
6.5 切土功率的计算
6.6 本章小结
第7章 结论与建议
7.1 结论
7.2 建议
参考文献
致谢
发表的论文及参加课题
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于SPH算法的微耕机旋耕切土仿真研究[J]. 朱留宪,杨玲,朱超,杨明金. 农机化研究. 2014(06)
[2]基于ANSYS/LS-DYNA的螺旋刀辊土壤切削有限元模拟[J]. 夏俊芳,贺小伟,余水生,周勇. 农业工程学报. 2013(10)
[3]斜置旋耕机刀辊动平衡仿真试验分析——基于PRO/E和ADAMS[J]. 靳永超,高建民. 农机化研究. 2013(04)
[4]土壤旋切振动减阻的有限元分析[J]. 蒋建东,高洁,赵颖娣,Willem Hoogmoed,张宪. 农业机械学报. 2012(01)
[5]我国微型耕耘机的技术现状及发展[J]. 朱留宪,杨玲,杨明金,李云伍,杨屹立. 农机化研究. 2011(07)
[6]耕作刀片在刀辊上的多头螺旋线对称排列法[J]. 贾洪雷,黄东岩,刘晓亮,王增辉,刘昭辰,马成林. 农业工程学报. 2011(04)
[7]螺旋刀具土壤切削过程模拟分析—基于ANSYS/LS-DYNA971[J]. 薛子萱,吕新民,唐卫卫. 农机化研究. 2011(04)
[8]手扶拖拉机与微型耕作机的异同[J]. 郝文录. 农机质量与监督. 2007(06)
[9]微耕机的构造及使用与维护[J]. 杨冰. 农技服务. 2007(11)
[10]基于ANSYS微型旋耕机旋耕弯刀的应力仿真[J]. 葛云,吴雪飞,王磊,宋海堂. 石河子大学学报(自然科学版). 2007(05)
博士论文
[1]黏土本构建模理论与试验研究[D]. 周葆春.华中科技大学 2007
[2]粘土的数值建模与固结问题研究[D]. 程涛.华中科技大学 2006
硕士论文
[1]基于SPH算法的微耕机旋耕刀有限元仿真与优化[D]. 朱留宪.西南大学 2012
[2]行间耕整机通用刀辊设计与试验[D]. 庄维林.吉林大学 2011
[3]基于有限元法的螺旋型旋耕刀辊横刀工作机理研究[D]. 周明.华中农业大学 2009
[4]基于SPH法的板结土壤反旋凿切有限元仿真研究[D]. 姜涛.浙江工业大学 2009
本文编号：2951477
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 文献综述
1.1 微耕机概述
1.1.1 微耕机的主要结构和工作原理
1.1.2 微耕机的国内外发展历程及现状
1.1.3 我国微耕机的标准体系现状
1.2 旋耕刀辊概述及其研究现状
1.2.1 旋耕刀辊及其组成
1.2.2 国内外旋耕刀辊的研究现状
1.3 土壤的特性和模型理论基础
1.3.1 土壤的特性
1.3.2 土壤模型的理论基础
1.4 土壤切削过程的研究方法简介
第2章 绪论
2.1 课题研究背景及意义
2.2 课题研究内容
第3章 土壤切削理论基础
3.1 旋耕机的运动参数
3.1.1 旋耕刀的运动轨迹、旋耕速比和耕层底部凸起高度
3.1.2 切土节距和碎土质量
3.1.3 旋耕刀的有效隙角的验算
3.2 旋耕机的功率消耗
3.2.1 刀辊受力的近似运算
3.2.2 旋耕机的功率消耗及其影响因素
第4章 旋耕刀的静力学分析
4.1 静力学分析软件介绍
4.1.1 ANSYS简介
4.1.2 Workbench简介
4.2 旋耕刀模型建立
4.2.1 旋耕刀实体模型的建立
4.2.2 旋耕刀有限元模型的建立
4.3 旋耕刀的有限元静力分析
4.3.1 旋耕刀静力分析边界条件的确定
4.3.2 求解结果
4.3.3 弯折角对旋耕刀静力学的影响
4.3.4 刀身宽度对旋耕刀静力学的影响
4.4 本章小结
第5章 旋耕刀辊切土动力学分析
5.1 刀辊的动力学分析简介
5.2 旋耕刀辊切土动力学仿真方法和软件
5.2.1 SPH方法的特点和基本理论
5.2.2 LS-DYNA简介
5.2.3 前后处理器LS-PREPOST简介
5.2.4 HyperMesh简介
5.3 旋耕刀辊和土壤模型的建立
5.3.1 刀辊中旋耕刀的合理排列
5.3.2 旋耕刀辊模型的建立
5.3.3 土壤模型的建立
5.4 仿真参数和边界条件的确定
5.4.1 旋耕刀辊参数的确定
5.4.2 土壤参数的确定
5.4.3 边界条件的确定
5.5 旋耕刀辊切土仿真流程和参数设置
5.5.1 土壤切削仿真流程
5.5.2 仿真模型的关键字输出
5.6 本章小结
第6章 仿真结果与分析
6.1 旋耕刀辊土壤切削仿真过程分析
6.2 旋耕刀切土过程土壤的等效应力分布
6.3 旋耕刀辊切削土壤力分析
6.4 旋耕刀辊切削土壤功耗分析
6.5 切土功率的计算
6.6 本章小结
第7章 结论与建议
7.1 结论
7.2 建议
参考文献
致谢
发表的论文及参加课题
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于SPH算法的微耕机旋耕切土仿真研究[J]. 朱留宪,杨玲,朱超,杨明金. 农机化研究. 2014(06)
[2]基于ANSYS/LS-DYNA的螺旋刀辊土壤切削有限元模拟[J]. 夏俊芳,贺小伟,余水生,周勇. 农业工程学报. 2013(10)
[3]斜置旋耕机刀辊动平衡仿真试验分析——基于PRO/E和ADAMS[J]. 靳永超,高建民. 农机化研究. 2013(04)
[4]土壤旋切振动减阻的有限元分析[J]. 蒋建东,高洁,赵颖娣,Willem Hoogmoed,张宪. 农业机械学报. 2012(01)
[5]我国微型耕耘机的技术现状及发展[J]. 朱留宪,杨玲,杨明金,李云伍,杨屹立. 农机化研究. 2011(07)
[6]耕作刀片在刀辊上的多头螺旋线对称排列法[J]. 贾洪雷,黄东岩,刘晓亮,王增辉,刘昭辰,马成林. 农业工程学报. 2011(04)
[7]螺旋刀具土壤切削过程模拟分析—基于ANSYS/LS-DYNA971[J]. 薛子萱,吕新民,唐卫卫. 农机化研究. 2011(04)
[8]手扶拖拉机与微型耕作机的异同[J]. 郝文录. 农机质量与监督. 2007(06)
[9]微耕机的构造及使用与维护[J]. 杨冰. 农技服务. 2007(11)
[10]基于ANSYS微型旋耕机旋耕弯刀的应力仿真[J]. 葛云,吴雪飞,王磊,宋海堂. 石河子大学学报(自然科学版). 2007(05)
博士论文
[1]黏土本构建模理论与试验研究[D]. 周葆春.华中科技大学 2007
[2]粘土的数值建模与固结问题研究[D]. 程涛.华中科技大学 2006
硕士论文
[1]基于SPH算法的微耕机旋耕刀有限元仿真与优化[D]. 朱留宪.西南大学 2012
[2]行间耕整机通用刀辊设计与试验[D]. 庄维林.吉林大学 2011
[3]基于有限元法的螺旋型旋耕刀辊横刀工作机理研究[D]. 周明.华中农业大学 2009
[4]基于SPH法的板结土壤反旋凿切有限元仿真研究[D]. 姜涛.浙江工业大学 2009
本文编号：2951477
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