仿生减阻双圆盘开沟器设计与研究
发布时间：2021-10-04 23:25
为实现农业资源的持续稳定发展,保护东北黑土区的土地资源,避免水土流失,从20世纪末以来不断完善提高和全面推广免耕播种技术。开沟器是免耕播种机上的关键工作部件,传统开沟器在开沟作业过程中工作表面常粘附土壤,改变其工作作业轨迹,导致牵引阻力增大、所开种沟沟型难以达到作业要求,影响作物的出苗率。通过对双圆盘开沟器开沟过程的分析,得到其耕作阻力主要由开沟圆盘与土壤的相互作用过程产生,建立开沟圆盘与土壤相互作用模型,将其开沟过程等效为圆盘切削土壤、土壤移动以及土壤与圆盘之间的滑移三个作用过程,并利用经典力学公式,分别计算各个过程中开沟圆盘所受到的阻力,最终获取开沟圆盘的耕作阻力,为仿生耦合开沟圆盘的设计奠定基础。本论文以免耕播种开沟器作为试验研究对象,以开沟圆盘作为具体设计优化部件,以蜣螂头部凸包以及穿山甲背部脊状凸起为仿生原型,对其表面非光滑形态减阻特性研究分析,构建应用于开沟圆盘表面的仿生耦元组合,降低开沟圆盘开沟过程中的耕作阻力,提高节能效率;运用ANSYS/LS-DYNA软件模拟仿生耦合开沟圆盘与土壤的相互作用,获取仿生耦合开沟圆盘与土壤作用时所受的阻力以及能耗;利用正交试验设计技术,探...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 免耕播种机开沟器国内外研究现状
1.2.1 免耕播种开沟器的类型及特点
1.2.2 免耕播种机开沟器国内外研究现状
1.3 仿生学及其仿生减阻的应用
1.4 本论文研究工作的主要内容
第二章 开沟圆盘开沟过程力学分析
2.1 开沟圆盘开沟过程力学模型
2.1.1 开沟圆盘切削土壤过程产生的力
2.1.2 土壤位移过程产生的力
2.1.3 土壤与开沟圆盘之间的滑移阻力
2.2 开沟圆盘的阻力计算
2.3 小结
第三章 开沟圆盘耦合仿生设计及三维建模
3.1 仿生设计对象的确定
3.2 仿生耦合开沟圆盘设计
3.2.1 仿生对象的选取
3.2.2 仿生耦元参数选取
3.2.3 仿生耦元排布及正交试验设计
3.3 仿生耦合开沟圆盘三维建模
3.3.1 SolidWorks 2014 简介
3.3.2 仿生耦合开沟圆盘三维模型
3.4 小结
第四章 仿生耦合开沟圆盘与土壤作用过程模拟及分析
4.1 前言
4.2 ANSYS/LS-DYNA基本算法和主要原理
4.2.1 ANSYS/LS-DYNA简介
4.2.2 接触算法简介
4.3 数值分析中采用的土壤模型
4.3.1 土壤本构模型
4.3.2 本论文所采用的土壤本构模型及参数
4.4 开沟圆盘与土壤有限元模型
4.4.1 分析流程图
4.4.2 有限元模型简化及导入
4.5 仿真分析前处理及初始条件设定
4.5.1 单元类型选择及材料参数输入
4.5.2 网格划分
4.5.3 接触定义
4.5.4 设定初始条件及边界条件
4.5.5 模型k文件输出及修改
4.6 仿生耦合开沟圆盘与土壤作用过程模拟及分析
4.6.1 开沟过程分析
4.6.2 仿生耦合开沟圆盘受力分析
4.6.3 仿真结果及对比分析
4.6.4 仿真过程能耗分析
4.7 小结
第五章 双圆盘开沟器耕作阻力土槽试验研究
5.1 试验条件
5.2 试验方案的制定
5.3 试验所用仪器设备
5.4 土槽试验的预处理
5.4.1 土槽内整地及区块划分
5.4.2 土槽内土壤坚实度测试
5.4.3 土槽内土壤含水率测定
5.4.4 土槽内开沟试验步骤
5.5 试验结果与分析
5.5.1 开沟器开沟试验阻力测试结果
5.5.2 开沟圆盘阻力分析
5.5.3 仿生耦合开沟圆盘和普通开沟圆盘耕作阻力对比分析
5.5.4 仿生耦合开沟圆盘降阻原理分析
5.6 小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
附录A
在校期间取得的学术成果
导师及作者简介
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]鸭嘴式开沟器的设计试验[J]. 赵淑红,杨悦乾,闫以勋,田佰亮. 东北农业大学学报. 2013(11)
[2]小麦免耕播种机开沟器的设计[J]. 苟文,马荣朝,杨文钰,樊高琼,雷小龙,惠昆,杨慧珍. 农业工程学报. 2012(S1)
[3]Effects of bionic non-smooth surface on reducing soil resistance to disc ploughing[J]. CHIRENDE Benard,SIMALENGA Timothy Emmanuel. Science China（Technological Sciences）. 2010(11)
[4]Effects of Biomimetic Surface Designs on Furrow Opener Performance[J]. Ballel.Z.Moayad. Journal of Bionic Engineering. 2009(03)
[5]不同结构免耕开沟器对土壤阻力的影响[J]. 姚宗路,高焕文,李洪文,王晓燕. 农机化研究. 2009(07)
[6]Progress in the bionic study on anti-adhesion and resistance reduction of terrain machines[J]. REN LuQuanKey Laboratory for Terrain-Machine Bionics Engineering of Ministry of Education, School for Biology and Agricultural Engineering, Jilin University, Changchun 130025, China. Science in China（Series E:Technological Sciences）. 2009(02)
[7]东北黑土区水土流失与粮食安全[J]. 刘兴土,阎百兴. 中国水土保持. 2009(01)
[8]东北黑土区农地水土流失现状与综合治理对策[J]. 刘宝元,阎百兴,沈波,王志强,魏欣. 中国水土保持科学. 2008(01)
[9]Researches and developments of biomimetics in tribology[J]. DAI Zhendong, TONG Jin & REN Luquan Institute of Bio-inspired Structure and Surface Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China; Key Laboratory of Terrain-machine Bionics Engineering, Jilin University at Nanling Campus, Changchun 130033, China. Chinese Science Bulletin. 2006(22)
[10]东北黑土区土壤退化及水土流失研究现状[J]. 李发鹏,李景玉,徐宗学. 水土保持研究. 2006(03)
本文编号：3418537
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 免耕播种机开沟器国内外研究现状
1.2.1 免耕播种开沟器的类型及特点
1.2.2 免耕播种机开沟器国内外研究现状
1.3 仿生学及其仿生减阻的应用
1.4 本论文研究工作的主要内容
第二章 开沟圆盘开沟过程力学分析
2.1 开沟圆盘开沟过程力学模型
2.1.1 开沟圆盘切削土壤过程产生的力
2.1.2 土壤位移过程产生的力
2.1.3 土壤与开沟圆盘之间的滑移阻力
2.2 开沟圆盘的阻力计算
2.3 小结
第三章 开沟圆盘耦合仿生设计及三维建模
3.1 仿生设计对象的确定
3.2 仿生耦合开沟圆盘设计
3.2.1 仿生对象的选取
3.2.2 仿生耦元参数选取
3.2.3 仿生耦元排布及正交试验设计
3.3 仿生耦合开沟圆盘三维建模
3.3.1 SolidWorks 2014 简介
3.3.2 仿生耦合开沟圆盘三维模型
3.4 小结
第四章 仿生耦合开沟圆盘与土壤作用过程模拟及分析
4.1 前言
4.2 ANSYS/LS-DYNA基本算法和主要原理
4.2.1 ANSYS/LS-DYNA简介
4.2.2 接触算法简介
4.3 数值分析中采用的土壤模型
4.3.1 土壤本构模型
4.3.2 本论文所采用的土壤本构模型及参数
4.4 开沟圆盘与土壤有限元模型
4.4.1 分析流程图
4.4.2 有限元模型简化及导入
4.5 仿真分析前处理及初始条件设定
4.5.1 单元类型选择及材料参数输入
4.5.2 网格划分
4.5.3 接触定义
4.5.4 设定初始条件及边界条件
4.5.5 模型k文件输出及修改
4.6 仿生耦合开沟圆盘与土壤作用过程模拟及分析
4.6.1 开沟过程分析
4.6.2 仿生耦合开沟圆盘受力分析
4.6.3 仿真结果及对比分析
4.6.4 仿真过程能耗分析
4.7 小结
第五章 双圆盘开沟器耕作阻力土槽试验研究
5.1 试验条件
5.2 试验方案的制定
5.3 试验所用仪器设备
5.4 土槽试验的预处理
5.4.1 土槽内整地及区块划分
5.4.2 土槽内土壤坚实度测试
5.4.3 土槽内土壤含水率测定
5.4.4 土槽内开沟试验步骤
5.5 试验结果与分析
5.5.1 开沟器开沟试验阻力测试结果
5.5.2 开沟圆盘阻力分析
5.5.3 仿生耦合开沟圆盘和普通开沟圆盘耕作阻力对比分析
5.5.4 仿生耦合开沟圆盘降阻原理分析
5.6 小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
附录A
在校期间取得的学术成果
导师及作者简介
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]鸭嘴式开沟器的设计试验[J]. 赵淑红,杨悦乾,闫以勋,田佰亮. 东北农业大学学报. 2013(11)
[2]小麦免耕播种机开沟器的设计[J]. 苟文,马荣朝,杨文钰,樊高琼,雷小龙,惠昆,杨慧珍. 农业工程学报. 2012(S1)
[3]Effects of bionic non-smooth surface on reducing soil resistance to disc ploughing[J]. CHIRENDE Benard,SIMALENGA Timothy Emmanuel. Science China（Technological Sciences）. 2010(11)
[4]Effects of Biomimetic Surface Designs on Furrow Opener Performance[J]. Ballel.Z.Moayad. Journal of Bionic Engineering. 2009(03)
[5]不同结构免耕开沟器对土壤阻力的影响[J]. 姚宗路,高焕文,李洪文,王晓燕. 农机化研究. 2009(07)
[6]Progress in the bionic study on anti-adhesion and resistance reduction of terrain machines[J]. REN LuQuanKey Laboratory for Terrain-Machine Bionics Engineering of Ministry of Education, School for Biology and Agricultural Engineering, Jilin University, Changchun 130025, China. Science in China（Series E:Technological Sciences）. 2009(02)
[7]东北黑土区水土流失与粮食安全[J]. 刘兴土,阎百兴. 中国水土保持. 2009(01)
[8]东北黑土区农地水土流失现状与综合治理对策[J]. 刘宝元,阎百兴,沈波,王志强,魏欣. 中国水土保持科学. 2008(01)
[9]Researches and developments of biomimetics in tribology[J]. DAI Zhendong, TONG Jin & REN Luquan Institute of Bio-inspired Structure and Surface Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China; Key Laboratory of Terrain-machine Bionics Engineering, Jilin University at Nanling Campus, Changchun 130033, China. Chinese Science Bulletin. 2006(22)
[10]东北黑土区土壤退化及水土流失研究现状[J]. 李发鹏,李景玉,徐宗学. 水土保持研究. 2006(03)
本文编号：3418537
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