基于DEM的新型仿生深松铲的研制

发布时间：2023-02-05 18:05

　　深松技术作为保护性耕作的关键技术得到广泛应用,但深松机械耕作阻力大、磨损严重、耗能多等问题尚未得到很好的解决。本研究采用逆向工程的思路,借助结构仿生,设计了一种新型仿生深松铲,降低了耕作阻力,其主要研究内容及结论如下:由于夏威夷贝体表受砂石的磨损形式与土壤对深松铲的作用形式比较相似,基于这一启发,本文选取夏威夷贝为仿生原型,通过三维激光扫描获取贝壳外表面的棱纹结构信息进行深松铲表面结构的仿生设计,得到的特征曲面的数学拟合方程为:y(28)561.(10)101.sin[(x-668.)?/878.],拟合精度为0.99154。以拟合曲线振幅与半周期的比值为设计参数进行棱纹高度及棱纹与铲面接触部分宽度的设计,结合深松铲的几何参数,将仿生棱纹与“V”形棱纹对称轴方向夹角分别设计为30°、45°和60°,宽为20mm、30mm和40mm,棱纹个数分别为4个、5个和6个,共设计了14种基于夏威夷贝表面形貌的仿生棱纹深松铲。为横向比较仿生棱纹深松铲的减阻效果,本研究采用离散单元法(DEM)分析深松铲的耕作过程,从而选出减阻效果最优的型号,并分别从宏观与微观两个角度探究了仿生棱纹深松铲的减阻机理。...

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

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中文摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 土壤深松技术
        1.1.2 仿生深松铲研究现状
    1.2 离散单元法简介
        1.2.1 离散单元法的国内外发展现状
        1.2.2 离散单元法在农机部件方面的应用
    1.3 研究目的及意义
    1.4 研究方法及技术路线
        1.4.1 研究方法
        1.4.2 技术路线
2 仿生深松铲的设计
    2.1 仿生对象的选取
    2.2 仿生对象信息的提取及曲线拟合
        2.2.1 仿生对象信息的提取
        2.2.2 特征截面的曲线拟合
    2.3 仿生深松铲表面形貌的设计
        2.3.1 仿生深松铲原型的选取
        2.3.2 仿生棱纹结构形式的确定
        2.3.3 仿生棱纹在深松铲上分布形式的确定
    2.4 小结
3 土壤物理性能参数的测定
    3.1 土壤容重的测定
    3.2 土壤含水率的测定
    3.3 土壤坚实度的测定
    3.4 小结
4 基于ANSYSWorkbench的深松铲有限元分析
    4.1 ANSYSWorkbench简介
    4.2 深松铲静力学分析模型的建立
    4.3 结果分析
    4.4 小结
5 基于离散元法的各型号深松铲仿真及结果分析
    5.1 离散单元法求解的基本原理
    5.2 边界模型的建立与参数的选取
        5.2.1 边界模型的建立
        5.2.2 离散元接触力学模型
        5.2.3 离散元仿真微观参数的选取
    5.3 各型号深松铲作业宏观仿真对比分析
        5.3.1 各型号深松铲水平阻力的仿真分析与比较
        5.3.2 宏观仿真效果图分析与比较
    5.4 三型号深松铲微观仿真及减阻机理分析
        5.4.1 土壤颗粒微观受力仿真分析与比较
        5.4.2 横向土层颗粒微观仿真分析与比较
        5.4.3 纵向土层颗粒微观仿真分析与比较
    5.5 小结
6 深松铲田间试验
    6.1 试验目的
    6.2 试验方案及设备
        6.2.1 试验方案
        6.2.2 试验设备
    6.3 试验结果及分析
        6.3.1 水平耕作阻力测试与比较
        6.3.2 仿真试验与田间试验水平阻力的对比
        6.3.3 深松后土壤物理性质的变化及表面黏附
    6.4 小结
7 结论与展望
    7.1 结论
    7.2 创新点
    7.3 展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表论文及专利情况



本文编号：3735436