螺旋深松机的设计及其土壤切削数值模拟

目前深松机的研究主要集中于北方和中西部地区砂性土壤及大田作业环境,机具普遍较大,功耗较高,不适用于南方黏性土壤及丘陵山区小田块耕地现状。本文基于南方作业环境设计了一种螺旋深松机,通过螺旋式深松组件对土壤进行铣削和翻动,达到松土、碎土的目的,松土深度大,最大可达0.4 m,转移灵活方便,通过ANSYS/LS-DYNA仿真得出土壤失效状态以及切削能耗与切削功率,其总能量为2.45 kJ,最大切削功率为7.33 kW。并分析出深松组件角速度与前进速度对切削功率的影响,降低深松组件角速度与前进速度即可降低切削功率。     

基于ANSYS的土壤耕作过程模拟研究

为了进一步验证数值模拟的可行性,利用ANSYS进行土壤耕作过程的模拟研究,得到变形区应力分布,并研究耕作阻力的变化。试验与模拟结果均表明,靠近犁体曲率最大处的土壤变形区,在犁体前进方向上的应力最大;在耕作过程中,耕作阻力先逐渐增大,然后略有减小,最后稳定在某值基本不变。     

基于光滑粒子流体动力学的旋耕切土数值模拟

为明确ⅠT245型旋耕刀(刀座式)切割重黏土过程,基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法对旋耕刀–土壤进行建模,运用ANSYS/LS–DYNA软件进行仿真,分析单个旋耕刀在刀盘转速200 r/min、机具前进速度0.6 m/s、耕深0.12m工况下的切土扭矩情况,仿真平均扭矩为5.84N·m,以库伦定理和朗肯土压力理论为依据计算的理论平均扭矩为6.42N·m,二者误差为8.98%。分别使用理论方法和有限元方法,以机具前进速度、刀盘转速和耕深为影响因素,以比功为评价指标,进行正交旋转组合试验,得到旋耕比功与机具前进速度、刀盘转速及耕深的回归方程,表明在符合农艺要求的情况下,应尽可能选择较大的机具前进速度和耕深,较小的刀盘转速。     

基于数值方法的农田土壤零通量面的模拟

零通量面能够反映土壤水分运动情况,定量计算土壤水分的入渗和蒸散量。采用Richards方程描述了降雨和蒸发边界条件下的一维土壤水分运移,通过土壤传递函数估算得到Van-Genuchten水分特征曲线参数,借助参数化Hydrus-1D模型计算得到一维土壤空间不同层的土壤含水量和基质势的数值解,并采用田间实测数据对数值解进行了验证,根据不同层的水势梯度和水流通量的值判断零通量面出现位置以及零通量面类型,最后分别设置5个不同的降雨和蒸发强度,模拟分析了土壤零通量面的空间位置和类型。研究结果表明:(1)采用Hydrus-1D可以准确模拟降雨和蒸发条件下的一维土壤水分运移;(2)在降雨和入渗条件下,零通量面位置随之降低;(3)蒸发强度增加时,零通量面上部土水势降低,土壤吸力增大,使其位置上升。结果证明该方法可行,能够模拟零通量面的动态变化。     

基于FLUENT土壤养分渗流扩散的数值模拟研究

通过模拟降雨装置试验测定了土壤的渗透系数,并借助CFD-PDE耦合,采用离散元软件FLUENT的流体模拟功能研究了磷酸二氢钾溶液在土壤渗流过程中渗流速度和有效扩散系数随土层深度的变化规律。结果表明:在不同水头下渗透系数的变化基本上都呈下降趋势,供试土壤的渗透率随土层深度的增加而降低;磷酸二氢钾溶液在中心点以下0.02 m处的渗流扩散能力最强,且随着土层深度加深和到中心点距离的增加呈辐散性减弱。     

基于FLUENT土壤养分渗流扩散的数值模拟研究

通过模拟降雨装置试验测定了土壤的渗透系数,并借助CFD-PDE耦合,采用离散元软件FLUENT的流体模拟功能研究了磷酸二氢钾溶液在土壤渗流过程中渗流速度和有效扩散系数随土层深度的变化规律.结果表明:在不同水头下渗透系数的变化基本上都呈下降趋势,供试土壤的渗透率随土层深度的增加而降低;磷酸二氢钾溶液在中心点以下0.02 m处的渗流扩散能力最强,且随着土层深度加深和到中心点距离的增加呈辐散性减弱.     

非饱和土壤溶质运移数值模拟的初步研究

应用有限差分法对非饱和土壤中一维溶质运移模型数值求解，模拟了土壤水分运动和溶质运移的动态过程。以实测数据验证了模拟结果的合理性与有效性。为保护数值模拟正确进行，给出确定散步长ｄｘ和ｄｔ的三个准则。     

基于CFD-DEM耦合的土壤渗透性数值分析

基于计算流体动力学与离散元(CFD-DEM)耦合的数值模拟方法,结合土壤入渗试验,进行土壤渗透系数随土层深度变化的研究。试验结果表明,随着入渗过程的持续,3、6、9 cm土柱渗透系数分别由0.008 0、0.011 0、0.007 5 mm/s逐渐降低。在液固耦合模型中,通过计算流体动力学(CFD)设置流体相参数,离散元(DEM)模拟土壤颗粒固体相,得出渗流速率与土层深度的定量变化关系式为y=ax~2+bx+c(y为渗流速率;x为土层深度;a为常数,等于-0.078 86;b为常数,等于-0.008 67;c为常数,等于0.092 96)。通过方差分析对模型拟合的回归性方程进行验证,得到相关系数R~2=0.950 3,校正决定系数R■=0.999 77,都接近于1,表明拟合性好。     

基于拉拽牵引的平面铲板土壤切削试验

试验装置对土壤切削试验研究至关重要,但目前研究采用的相关试验装置具有自重较大、结构复杂、移动不便等缺点。为了方便开展重复试验并提高试验结果对比的准确性,对切削试验装置进行了优化,设计了一种以拉拽牵引方式作业的土壤切削试验装置;采用该试验装置进行了土壤切削试验,试验以平面铲板为切削工具,以级配土为切削介质,对5种不同切削倾角的铲板和4种切削深度进行了组合,共测试了20种不同切削条件下平面铲板的切削阻力;对试验结果进行了对比分析,得到了切削阻力在不同切削倾角下随切削深度以及不同切削深度下随切削倾角的变化规律。最后,对土壤切削的稳定性进行了讨论。     

基于SPH算法的立式旋耕刀土壤切削仿真模拟简

立式旋耕是丘陵山地改善土壤结构、增加耕作深度的耕作方式之一,为研究立式旋耕刀与土壤切削的作用机理,优化刀片结构达到减阻降耗的目的,利用ANSYS/LS-DYNA软件并采用SPH方法对旋耕刀进行有限元动态仿真,对3种不同螺旋线型的刀片进行对比分析.根据仿真结果分析了旋耕刀的切削阻力和切削功率变化规律,最终选用的B刀片比A刀片切削阻力降低9.42%,切削功率降低14.02%,并对B旋耕刀进行田间实验,其功率和扭矩与仿真分析结论一致.     

基于ANSYS/LS-DYNA的滚刀式甜高粱切割器动力学仿真

甜高粱茎秆切割装置的研究,对于提高其割茬整齐度和糖份利用率均有重要意义。通过分析滚刀式切割器切割原理,基于ANSYS/LS-DYNA软件建立甜高粱茎秆切割装置有限元模型,模态分析结果显示,刀片的固有频率为1 908.7 Hz,能够避免滚刀高速旋转情况下动刀片共振情况的发生。研究甜高粱切割过程中刀片的受力情况与动刀片参数的关系,以整机前进速度、刀片安装角度和滚刀转速为3个因素,以切割力为试验指标,利用正交试验的方法,得出当刀片切割力最小时,刀片安装角度为140°,滚刀转速为1 400 r/min,整机前进速度为4 km/h,为甜高粱茎秆切割装置的研究提供依据。     

土壤直角切削的有限元仿真

为减少耕作阻力,优化耕整机具结构与性能,基于ANSYS/L-SDYNA利用修正的Drucker-Prager塑性模型、用Lagrange和ALE相结合的方法,以粘性土壤为对象开展了直线刃口刀具对其直角切削的有限元数值模拟,得到了土壤的滑移破坏变形状况、刀具应力分布和切削阻力变化.同时对该土壤开展了室内土槽试验,研究显示有限元仿真结果与试验结果基本一致.     

土壤水分运动数学模型的建立及应用

以土壤水动力学原理为基础，研究了垂直入渗条件下土壤水分运动规律，结果表明，试验实测数据与模型计算值吻合较好，说明所建立的模型及选取的参数是可行的，并为新疆地区评价水资源提供了依据。     

基于ANSYS/LS-DYNA的果树剪枝动力学仿真分析

为了更好地研究果树剪枝机理,应用Pro/E软件对剪枝剪进行建模,利用接口将建立的模型导入ANSYS进行网络划分.在ANSYS/LS-DYNA环境下,建立了果树剪技有限元模型,对果树剪枝进行了动力学仿真.通过动力学仿真研究果树剪枝过程中的受力分析表明,当树枝直径为30mm时,刀片组最大应力为218.67 MPa,发生在定刀片刀刃附近.所得结论为改进果树剪枝剪结构、改善其受力状况和工作性能、延长使用寿命提供了依据.     

非饱和土壤溶质运移数值模拟的初步研究

应用有限差分法对非饱和土壤中一维溶质运移模型数值求解，模拟了土壤水分运动和溶质运移的动态过程。以实测数据验证了模拟结果的合理性与有效性。为保证数值模拟正确进行，给出确定离散步长ｄｘ和ｄｔ的三个准则。     

小管出流环沟灌溉土壤水运动的数值模拟

建立了小管出流环沟灌溉土壤水运动的数学模型和环沟内水流推进模型，并用数值法求解，应用该模型可以确定小管出流环沟灌溉的技术参数。     

饱和—非饱和流溶质运移的实验及数值模拟研究

本文在水盐运移实验基础上,正确地采用了考虑土壤不动水体与吸附作用的溶质运移数学模型和以v为因变量的土壤水分数学模型。在非饱和蒸发条件下对各种求解溶质运移方程的数值方法进行了系统比较,采用了适合于本研究特征—饱和—非饱和流的特征—有限元法对灌溉入渗、蒸发和再分配条件下饱和—非饱和土壤溶质运移规律作了较系统的计算机数值模拟与预测研究。     

基于ANSYS/LS-DYNA的果枝修剪过程仿真与试验研究

【目的】深入研究果枝修剪过程特性及切割机理,为优化修剪机具核心剪切部件、提高电动修剪机切割性能提供参考。【方法】以‘石硖’品种龙眼树枝为试验对象,采用ANSYS/LS-DYNA对树枝切割过程进行有限元仿真,搭建树枝切割试验平台进行切割试验,验证仿真模型的准确性,使用高速摄像机观察树枝切割过程,分析动刀片、树枝、定刀在切割过程中的应力分布及切割机理,确定最大等效应力出现的区域。【结果】实际试验与仿真试验的切割过程都可分为5个阶段：挤压阶段、切入剪切阶段、稳定剪切阶段、剪断阶段、树枝振动阶段,实际切割力略大于仿真值,切割10、15和20 mm直径树枝刀具峰值切割力实际值与仿真值最大相对误差为7.8%,平均相对误差为7.0%,试验和仿真切割力曲线趋势大致相同。切割过程中动刀片、树枝和定刀最大等效应力出现在刀刃、树枝和定刀切口附近,动刀片、定刀最大等效应力均小于刀具材料屈服极限,刀具不会发生失效。【结论】该有限元模型与实际情况基本符合,对修剪机具的设计和改进具有一定的参考价值。     

阵列方位侧向测井仪器的数值模拟研究

应用ANSYS软件,在三维地层模型下对阵列方位侧向测井仪器进行有限元数值模拟。计算了仪器的某一方位视电阻率响应、伪几何因子及井眼校正曲线。通过对模拟结果分析,发现该仪器除了具有区分同一深度地层不同方位视电阻率变化的特性以外,还有一个重要特性,即阵列方位侧向测井仪器与普通三侧向测井仪器在不同直径井眼校正曲线的相对位置刚好相反。     

基于ANSYS的浅层土壤温度场特征模拟分析

通过分层安装温度传感器采集黑龙江省大庆市某地区的浅层土壤温度值,运用ANSYS有限元分析软件对地下1 m内土层进行相应的模拟分析,探究地下浅层土壤温度场的变化特征.结果表明:地下土壤深度为70100 cm范围内的温度变化趋向比较相近,整年白天的地表最高温度在7月,最低在12月,3—5月、7—9月的地表温度变化趋向均高于地下浅层土壤温度,土温整体是呈地表向地下逐渐降落的趋向;整年黑天的最高地表温度在7月,最低在12月,4—5月、7月的地表温度变化趋向均大于地下浅层土壤温度,土温随深度的增加呈地表向地下逐渐增高-降低-增高的趋向.