甘蔗茎秆-蔗叶系统有限元建模方法研究

针对目前甘蔗剥叶仿真研究缺少甘蔗茎秆-蔗叶系统仿真模型及甘蔗倒伏机理研究匮乏等问题,根据甘蔗实际的几何参数,采用PRO/E软件建立了甘蔗的三维模型,将其导入ANSYS/LS-DYNA有限元仿真软件。同时,根据测定及反求的材料参数,定义了甘蔗的材料模型,并对模型进行了网格划分,得到甘蔗茎秆-蔗叶有限元仿真模型。结果表明:该模型可用于后续的甘蔗剥叶和倒伏动力学仿真研究。     

柴油机流固耦合系统稳态传热数值仿真

建立活塞组-缸套-冷却水-机体流固耦合传热系统,并利用有限元分析软件的流固耦合计算功能,把单个零件的传热外边界条件变成内边界,使得传热仿真更合理更简单。以某增压柴油机为例,用ANSYS软件对建立的三维流固耦合模型进行了稳态传热数值仿真,得到了耦合系统的温度场和流场云图。活塞关键点温度的计算值和实验测量值对比表明：用流固耦合方法模拟柴油机活塞组-缸套-冷却水-机体之间的稳态传热是可行的,且仿真结果与实测数据吻合较好。     

切段式甘蔗收割机排杂仿真建模方法研究

针对目前切段式甘蔗收割机排杂装置排杂机理研究匮乏的问题,通过SolidWorks和ICEM建立了排杂装置简化的几何模型,对收割机切段后的蔗料进行了分类,并利用EDEM离散元软件进行建模及离散元参数的测定和标定。采用Fluent软件进行了收割机排杂装置的稳态风场仿真,通过室内试验进行了验证。在此基础上,采用计算流体动力学CFD(Computational Fluid Dynamics)和离散元方法DEM(Discrete Element Method)的耦合方法建立了排杂装置-蔗秆段-蔗尾(碎蔗)-蔗叶的耦合仿真模型,并通过田间试验进行了验证。结果表明:建立的排杂装置-蔗秆段-蔗尾(碎蔗)-蔗叶的耦合系统仿真模型合理,可为进一步研究排杂装置工作机理及优化排杂装置提供参考。     

蔗-土壤系统仿真模型的研究

采用振动衰减法及系统参数反求方法,以实测的甘蔗-土壤系统振动曲线为基准,对甘蔗-土壤系统仿真模型物理特性参数进行了反求仿真试验,获取甘蔗-土壤系统仿真模型物理特性参数.结果表明,在获取的物理特性参数下甘蔗-土壤系统仿真模型的振动仿真结果与实测结果基本一致,可用于甘蔗切割动力学仿真研究.     

基于LS-DYNA的土壤-甘蔗-切割器系统的动力学仿真研究

本文利用ANYSY/LS-DYNA显式动力学仿真软件,建立了土壤-甘蔗-切割器系统仿真模型,对甘蔗的切割过程进行模拟仿真。运用分层划分网格的方法,得到系统的有限元模型。通过模拟甘蔗在土壤支撑条件下的切割过程,得出了甘蔗在切割过程中最大剪应力曲线及单元的位移曲线。     

甘蔗收获切割系统动力学仿真模型

由于缺少考虑根土因素影响,目前甘蔗收获切割系统动力学仿真模型精度较低。为此,首先以4GZQ-260型甘蔗收获机切割器为研究对象,通过光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics)和有限元方法(Finite Element Method)的耦合方法,建立甘蔗茎秆-根系-土壤-切割器系统动力学仿真模型,通过对茎秆-根系-土壤系统和茎秆-切割器系统动力学仿真模型进行试验,验证所建立的收获切割系统仿真模型建模方法的合理性。结果表明:建立的甘蔗茎秆-根系-土壤-切割器系统动力学仿真模型精度较高,该系统构建方法可用于甘蔗收获切割的动力学仿真研究。     

一刀切断甘蔗动力学仿真试验

采用ANSYS/LS-DYNA显式动力学仿真软件,建立甘蔗-切割器系统的动力学仿真模型,且进行了甘蔗切割物理试验验证。利用四因子二次通用旋转组合设计方法和甘蔗-切割器系统仿真模型进行一刀切断甘蔗的仿真试验,建立影响因素与切割力和剪应力的数学模型,研究了切割力和剪应力各影响因素及其交互作用的影响规律,且对影响因素进行优化,获得了一刀切断甘蔗时可靠性为95%的最佳切割力总区间。结果表明,刀片刃角为17.5°,切割角为27.73°,刀盘倾角为28°,切割速度为16 m/s时,可靠性为95%的最佳切割力范围为235.82~297.98 N。     

甘蔗深耕犁体曲面的动力学仿真

利用ANSYS/LS-DYNA软件对甘蔗深耕犁的翻土过程进行动力学模拟仿真.根据犁体曲面生成原理,使用参数法建立犁体曲面的数学模型,并利用Pro/E软件建立犁体曲面的虚拟模型,在此基础上进行动力仿真分析,得到犁体曲面在翻土过程中犁耕阻力的变化曲线图.     

甘蔗—土壤系统仿真模型的研究

采用振动衰减法及系统参数反求方法,以实测的甘蔗—土壤系统振动曲线为基准,对甘蔗—土壤系统仿真模型物理特性参数进行了反求仿真试验,获取甘蔗—土壤系统仿真模型物理特性参数。结果表明,在获取的物理特性参数下甘蔗—土壤系统仿真模型的振动仿真结果与实测结果基本一致,可用于甘蔗切割动力学仿真研究。     

基于土壤分层的木薯块根拔起系统动力学仿真模型

针对土壤采用整体建模方法建模,木薯块根拔起过程动力学仿真精度受限及耕作层表土材料建模参数测定困难的问题,采用物理试验、FEM和光滑粒子流体动力学方法 (Smoothed particle hydrodynamics,SPH)的耦合方法,建立土壤硬度测试系统动力学仿真模型,对木薯种植地耕作层土壤建模材料参数弹性模量进行了反求。同时,建立了基于土壤分层的木薯块根拔起系统动力学仿真模型,且和采用整体建模方法建立的木薯块根拔起系统动力学仿真模型进行了精度比较。结果表明:建模材料参数弹性模量的反求方法有效,基于土壤分层的木薯块根拔起系统动力学仿真模型精度高。     

甘蔗收割机拨指式扶起机构的运动仿真

为了对倒伏甘蔗进行有效扶起,设计了甘蔗收割机拨指式扶起机构.通过对田间甘蔗倒伏状况进行分析,利用虚拟样机技术建立倒伏甘蔗的虚拟模型,并运用ADAMS软件对倒伏甘蔗的扶起过程进行了动力学模拟,得到了倒伏甘蔗扶起过程运动模型,观察了不同拨指转速下扶起机构对顺倒伏甘蔗的扶起效果.     

基于流固耦合的轴流泵叶片应力特性

为计算轴流泵叶片的应力及变形情况,在Workbench平台上,采用Ansys和CFX软件对轴流泵内部流场和叶轮结构响应进行双向顺序流固耦合联合求解,其中流场计算基于RANS方程,采用RNG k-ε双方程湍流模型,结构计算采用弹性体结构动力学方程.对叶轮叶片在流固耦合作用下的变形和应力分布进行了计算,分析了流固耦合作用对轴流泵扬程和效率的影响.计算结果表明:在流固耦合作用下轴流泵叶片的最大位移发生在叶片进水边轮缘处,叶片出水边及根部位移较小;叶片根部与轮毂接触处靠近进水边一侧存在明显的应力集中现象;叶片的应力和变形均随轴流泵流量的增大而逐渐减小;与不考虑流固耦合作用相比,考虑流固耦合作用的数值计算得到的轴流泵扬程和效率均有所下降,但下降幅度较小.     

阀芯运动过程液压锥阀流场的CFD计算与分析

应用CFD方法对阀芯运动状态下流体在锥阀内的流动状态进行了可视化计算和分析研究。参照实际锥阀的结构和参数，用CAD软件Pro／E建立了阀内流道的三维几何模型。应用前处理软件Gambit进行了网格的划分、细化，用自定义函数UDF确定了阀芯运动速度。应用Fluent中动网格技术进行了计算研究，获得了阀芯开启、关闭过程受到的瞬态液动力、流量系数与通过阀流量、阀开口度之间的定量关系。     

甘蔗收获机喂入分流系统的设计与试验

甘蔗收获机普遍使用的双圆盘切割台系统在收获过程中存在明显"居中堵塞现象"。为了合理利用收获机物流通道空间,使喂入的甘蔗流主动分流居中并行且均匀输出,设计了一种新型的甘蔗收获机喂入分流系统,通过三维设计软件Pro/E建立了甘蔗喂入分流机构虚拟样机模型,并导入多体动力学仿真软件ADAMS,在不同的分流转速、分流辊上的橡胶管按不同的角度安装及选择不同的橡胶管与甘蔗的摩擦因数进行了虚拟仿真试验并在仿真的基础上进行了物理样机实验。仿真与样机实验表明:当此机构分流辊机构转速为300r/min、分流辊上偏置胶管的偏置角度为30°,且偏置胶管与甘蔗间的静摩擦因数f0=0.3 5、动摩擦因数f1=0.2 5时,在保证甘蔗进给速度的前提下,可以使甘蔗流分布较为理想。     

基于重叠网格的水轮机导叶尾流水动力特性数值研究

为研究水轮机导叶运动对水轮机暂态过程中叶栅流场的流固耦合动态特性影响,基于二维时均瞬态N-S方程和标准k-ε湍流模型,分别应用ANSYS FLUENT软件中的重叠网格方法和动网格方法,对高雷诺数下槽道内水轮机单个导叶在均匀来流条件下模拟水流绕流翼型叶片的导叶匀速关闭运动过程.结果表明:2种方法得到的关闭过程中叶后不均匀流场动态水力特性呈现出强非线性,导叶的升力系数、阻力系数随时间的变化规律较为吻合,槽道内各典型时刻的流场压力、尾涡结构、湍流强度分布特征也基本一致.但重叠网格方法的网格数量约为动网格方法的1/3,计算耗时约为动网格方法的1/4,说明重叠网格方法在计算效率方面具有比动网格方法更好的优越性.研究表明2种方法都可较好地模拟导叶动态绕流问题,但对某些复杂非线性动边界流固耦合问题进行非定常流模拟时可以优先选择重叠网格方法,2种方法都具有较高工程应用价值.     

流固耦合方法在农业工程中的应用

利用流固耦合方法解决农业工程中物料与其所处流场间相互作用及质量、动量和能量的相互转换对作业效果的影响是现代农业机械设计及优化环节中的研究热点和难点。从流固耦合方法的基本原理出发，阐述在农业工程各典型环节流固耦合方法的应用现状和发展趋势。对基于流固耦合的数值模拟仿真及其应用推广所面临的主要问题进行分析和总结，指出农业物料颗粒模型还原度低和网格模型验证方法缺失是流固耦合方法在农业工程领域中进一步发展的制约因素。加强颗粒模型和网格绘制的基础研究工作，将促使流固耦合方法在农业工程领域得到较大范围的推广与应用，并且向多元化方向发展。与此同时，推动更适合农业物料建模的软件平台开发，提高计算机计算能力，提升模型计算效率和准确性是今后的研究方向和工作重点。     

基于SolidWorks Flow Simulation的甘蔗收割机排杂装置内部流场模拟

利用SolidWorks建立并简化切段式甘蔗收割机采用的轴流风机排杂装置的三维模型后,通过SolidWorks Flow Simulation软件模拟分析轴流风机排杂装置的内部流场情况。根据实际情况设置仿真边界条件,模拟在不同叶轮转速、轮毂垂入导风罩深度等参数影响下排杂装置的出风口速度场和压力场分布,并比较模拟数据和试验测试结果,为切段式甘蔗收割机的轴流风机排杂装置的设计和优化提供参考。      

基于EDEM-Fluent耦合胡麻清选装置过程模拟分析

针对胡麻分离清选过程高损失率、高含杂率问题,设计了风筛式胡麻清选装置。利用EDEM-Fluent耦合方法,对胡麻清选装置清选过程进行仿真分析,探究清选装置作业参数对胡麻籽粒含杂率和清选损失率的影响规律,确定最优的组合参数。基于清选装置气流场胡麻脱粒物料的运动分析,建立了胡麻清选装置简化模型;对风机风速、气流倾角、清选筛振动频率和振幅4个参数进行单因素试验和正交试验。结果表明,风机风速、气流倾角、清选筛振动频率和振幅是影响清选装置清选性能的显著因素。应用Design-Expert软件建立了籽粒含杂率和清选损失率的数学回归模型,获得最佳工作参数组合:风机风速4.5 m/s、气流倾角4°、清选筛频率6 Hz、清选筛振幅9 mm,最优工作参数组合下胡麻籽粒含杂率为2.97%,清选损失率为2.39%。该研究结果可为胡麻清选装置的设计和优化提供参考。      

基于Fluent的甘蔗收割机排杂装置气流场的模拟

采用商用计算流体力学(CFD)软件Fluent,对华南农业大学研制的HN4GDL-91型切段式甘蔗收割机排杂装置内部流场进行模拟。利用Pro/E建立三维实体模型,Gambit软件对模型进行网格划分,使用Fluent软件进行数值模拟,在TECPLOT中完成分析。根据实际条件需要设置边界条件,对排杂装置在不同转速下的速度场和压力场进行模拟,并对比模拟数据与实验数据,为甘蔗联合收割机排杂装置结构的设计和优化,以及提高排杂装置效率提供参考。