木薯块根拔起收获质量影响因素的仿真试验研究

发布时间：2021-06-17 02:03

　　挖拔式木薯块根收获机械是主要的木薯块根收获机械之一,国内外学者对其进行了一定的研究,取得了一些成果,但目前块根拔起速度、块根的生长情况和土壤的软硬程度对块根的拔断损失和最大拔起力的影响规律及最大拔起力与块根最大有效应力的关系不详,机械拔起速度控制系统的设计缺乏依据。因此,开展木薯块根拔起收获质量影响因素的研究,对木薯块根收获机械拔起机构控制系统的设计及促进挖拔式木薯块根收获机械的发展具有重要意义。本文采用Lagrange法和SPH法的耦合方法及二次回归旋转设计方法,通过构建土壤-块根-茎秆系统的数值模拟计算模型,进行块根拔起数值模拟试验,建立块根最大有效应力、最大拔起力与拔起速度、块根的生长情况和土壤的软硬程度的多因素耦合数学模型,研究了各影响因素及交互作用对块根最大有效应力和最大拔起力的影响规律,确定了块根不被拔断的允许最大拔起力。结果表明,建立的块根最大有效应力、最大拔起力与各影响因素的多因素耦合数学模型精度较高,可用于块根最大有效应力和最大拔起力的影响分析;大的拔起速度分别和小的生长深度、小的块根长度、大的块根直径组合,块根最大有效应力最小:小的拔起速度分别和小的生长深度、小的块... 

【文章来源】：广西大学广西壮族自治区 211工程院校

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－４技术路线??Ｆｉｇ．?１－４?Ｒｅｓｅａｒｃｈ?ｔｅｃｈｎｉｃａｌ?ｒｏｕｔ??７??

??ＳＰＨ算法，全称为光滑粒子流体动力算法（即Ｓｍｏｏｔｈｅｄ?Ｐａｒｔｉｃｌｅ?Ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ）。??ＰＨ法是一种无网格拉格朗日（Ｌａｇｒａｎｇｅ）算法，最初应用于解决宇宙学问题及天体物??问题。随着理论研究和实际发展的需要，ＳＰＨ法逐渐被广泛运用于空气动力学、流体??力学、高速侵彻等方面及多类工程物理问题上，目前已在结构高速碰撞、高速加载动??响应的仿真运算、水下爆炸数值模拟及土壤动力学研究等领域得到成功应用。ＳＰＨ算??实质上是把一个连续体等价成若干相互作用的微粒，从计算角度来看，即将物理流场??具备一定流速的运动质点集来表达。与有限元分析法相比较，建模时无需再划分有限??网格。由于该算法的无网格性，不存在网格畸形问题，仿真模型处理中对于因接触碰??而产生结构畸变、大变形等各类复杂问题，能在拉格朗日格式下得到有效解决。ＳＰＨ??法的离散化是通过利用质量恒定的运动点（节点或质点），在质点的坐标系上固定质??，从而离散化［６２＇６４］。图３－１较直观地示意了有限元法与无网格法的区别。??￣￣——？——ｅ——？————————？??

（ａ）木薯块根生长图?（ｂ）木薯块根简化图??图３－３木薯块根??Ｆｉｇ．?３－３?Ｃａｓｓａｖａ?ｒｏｏｔ??由于木薯与土壤相互作用间的力学系统复杂难模拟，故将木薯模型简化为对称分布??的锥形体，截面为正方形，如图３－４ａ所示。同时，按实际块根拔起情况，为便于机构拔??起块根，土表面留有小段茎秆，各模型中茎秆地面部分长度均取值１００ｍｍ。另外，为??提高计算精度，所生成的土壤ＳＰＨ粒子也应规则分布，土壤－木薯块根拔起模型如图３－４ｂ??所示。??（ａ）木薯１／４简化儿何模型?（ｂ）?土壤１／４简化儿何模型??图３－４系统几何模型??Ｆｉｇ．?３－４?Ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｙｓｔｅｍ??（３）为节约求解时间，同时防止块根拔起过程中块根的大变形延伸至外层土壤有??限元网格，影响计算精准性，建模时应保证内层土壤有足够尺寸从而保护外层土壤不受??影响。故本研究试验设计所安排的各模型中土壤尺寸，根据随块根大小、生长深度的变??化而做适当调整。??本课题研究目的为块根拔起速度、土壤弹性模量及木薯生长特性基本参数等对性能??指标的影响


本文编号：3234233