波纹表面接触土壤颗粒动态响应仿真分析

为揭示波纹表面的降阻机制,以蚯蚓体表为研究对象,应用离散单元法对接触土壤颗粒动态响应进行仿真分析.仿真得出:波纹表面接触的土壤颗粒运动过程微观可分为“分散—团聚—分散”3个阶段,宏观表现为土壤与波纹试样之间形成孔隙;波纹表面接触颗粒的X向位移与试样的前进方向一致,呈线性增加,平均位移为60.33 mm,Y向速度随着波纹表面的凹凸起伏呈正弦变化、产生微震,且大于光滑表面接触颗粒振幅,波纹表面接触颗粒和波纹的接触位置直接决定受力的大小和方向.分析表明:波纹表面接触颗粒的运动幅度和频率大于光滑表面,颗粒产生微震,且波纹表面与土壤间存在孔隙,从而使得接触面积减小、阻力降低.     

数字散斑相关方法测试波纹板的拉伸变形

测试波纹状金属板在平面内的拉伸,利用数字散斑相关方法分析波纹板的不同位置处的应力及应变,探究在不同参数下波纹板的变形情况。为了验证散斑测量方法的可行运用Solid Works建立波纹板三维实体模型,将实体模型导入到有限元软件ANSYS workbench中,对施加拉伸载荷后的金属波纹板的应力分布进行仿真计算,然后将使用数字散斑方法的试验结果与使用有限元软件模拟计算的结果作对比分析,对比后发现试验数据与模拟计算数据吻合,表明利用数字散斑相关方法测试波纹板在拉伸载荷下的应力及应变是有效且可行的。     

螺旋滚筒在粘土上推进力的研究

对粘性土壤进行了粘弹塑性分析和加载试验,建立了粘土的力学模型.编制出了螺旋滚筒在粘土上推进力的计算程序,在试验室条件下对螺旋滚筒产生的推进力进行了实测,计算值与实测值对照,两者比较一致.     

三维ALE15翼型空化流动数值模拟

在均相流假设下,考虑流体压力和速度湍流脉动、不可凝结性气体的影响,采用完全空化模型计算空化流场的相变,引入密度函数对RNG k-ε湍流模型的湍流粘性系数进行修正,提出了一种空化流动的数值模型和计算方法。根据试验条件给定的参数,采用提出的数值模型和计算方法,数值模拟了空化数为2.3时ALE15翼型定常空化流动。计算得到的不同剖面速度分布与试验数据吻合较好,验证了该数值模型和计算方法的一致性。不同剖面上,远离翼型表面的速度与主流区速度接近,沿着流动方向,远离翼型表面的速度逐渐减小,这与空泡形成的阻碍有关。空泡尾部出现较大的漩涡区,靠近翼型表面的速度为负值,这与反向射流的作用有关。     

土壤地面不平度及接触分形模型

采用均方根法计算对实测土壤地面不平度数据进行分形维数值的计算。结果显示,土壤表面不平度具有典型的分形特征,可以利用W-M分形函数进行土壤表面的模拟。根据分形接触模型理论,建立车轮与土壤表面接触发生弹、塑性变形时的分形模型。     

适宜稻板田油菜免耕移栽的开沟器设计

针对长江中下游稻油轮作区黏重土壤条件下免耕移栽机机具配重小、开沟松土阻力大及开沟器易缠草等问题,设计了波纹圆盘开沟器。开沟器采用波纹圆盘设计,通过螺栓调节开沟深度,有效解决了入土难问题。运用Pro/E构建了波纹圆盘开沟器的三维模型,通过力学性能分析了影响开沟器开沟性能的主要因素。同时,开展了基于ANSYS/LS-DYNA的开沟器切削土壤的数值模拟,得出了开沟模型三向应力和应变云图,并计算出开沟器在一定土壤条件下开沟沟深为70~80mm、沟宽为62mm,与实际相符。     

砂轮不平衡量对磨削表面波纹度的影响

建立了一种新的由砂轮平衡量引起工件及砂轮主轴系统振动的力学模型，在对磨削表面波纹度产生机理进行了分析的基础上，采用砂轮在线液体平衡技术，就砂轮不平衡量对磨削波纹度的影响规律进行了定量研究，得出在线实时平衡砂轮是提高磨削质量，降低磨削波纹度的重要途径。     

耕作过程中土壤应力场分布的实验研究

为有效揭示土体在犁体耕作过程中所受的影响,结合压力传感器测试土体内部所受的压力,在流变态粘性土壤中分别布置10个放入隔离盒的压力传感器,然后进行测试。测试的结果表明,该测试手段满足使用要求,与犁体曲率最大位置在同一水平面上的监测点所受水平力最大。传感器测试方法使得机具-土壤的力学关系研究中又充实了一个强有力的实验保障。     

粘性土重塑方法分析与破碎性能比较

对揉搓法与非标准普氏击制样方法进行对比,结果表明后者为土壤破碎机理研究提供了更多可控的土壤状态,同时土样的力学行为更为稳定,因此便于定量研究粘性土的密度、含水率、击实功、比冲击破碎能之间的关系.试验结果表明密度不能准确反映粘性土的粒间结合强度,而比冲击破碎能可以反映土粒间的结合紧密程度,这表明传统的以密度或者相对紧实度为参照的土壤耕作比阻预测方法需要改进.将非标准普氏击与冲击破碎测试相结合的试验结果表明,土样的比冲击破碎能随击实时土壤含水率的增大呈指数增长趋势,土壤破碎体的分形维数随含水率呈对数下降的规律.     

仿生非光滑推土板减粘降阻的试验研究

对模拟土壤动物典型几何非光滑表面的各种形状的仿生非光滑推土板在固，液，气三相组成的土壤中，进行了减粘降阻试验研究，试验土壤为砂土，湿砂土，松散黄粘土和结构性较好的黄粘土，研究非光滑表面改变切削深度，切削角度探讨了下减粘降阻效果及非光滑表面减粘降阻机理，结果表明，在切削成垡状粘性土壤时，非光滑表面可降低阻力２５％以上，且其脱土性能比光滑板好。     

水表面张力对切向土壤黏附力的影响（摘选）

土壤黏附力特别是土壤与轮胎或履带间的切向黏附对提高非公路用车的性能具有显著的作用。从另一方面来说,土壤黏附作用在轮胎或履带上会降低车辆的通过性。为了能有效解决这一问题,有必要对土壤黏附的机理进行探讨。该研究意在探讨水表面张力对土壤粒子与接触面间切向土壤黏附力的影响。不同直径的玻璃微珠用来模拟土壤颗粒,对3种不同材料进行试验。试验测定了玻璃微珠外不同直径水膜下,玻璃微珠与金属板之间的切向力。结果表明,在任何玻璃微珠直径下,任何试材的切向黏附力都与水膜直径成正比。对于任何材料,比例系数k（反映切向黏附力与水膜直径的关系）都随着玻璃微珠直径呈线性增加。如果使用亲水材料,则k接近线性系数。因此,切向黏附力与玻璃微珠外水膜密切相关。      

履带板、齿间黏附底质对集矿机附着性能的影响

为优化设计集矿机的机构，分析了行走履带板、齿间黏附稀软底质对集矿机附着性能的影响。该文分析了集矿机的履带板、齿与稀软底质的黏附，通过建立集矿机在稀软底质上的附着力数学模型，理论研究稀软底质的物理力学参数和集矿机结构参数对其附着性能的影响。稀软底质的物理力学特性和履带板、齿材料特性等因素影响了底质的黏附，稀软底质在链环上依次分布沿前进方向逐渐减少，黏附底质使集矿机的附加重量和接地压力约增加25%。集矿机的附着力由内聚作用力、驱动力、摩擦阻力和内摩擦作用力等组成，前二者分别约占附着力的40.6%和33.8%，内摩擦作用力和摩擦阻力可忽略。履齿的有效剪切高度降低，大大降低了集矿机的附着力，集矿机的齿高应设计为15 cm。履带板、齿间黏附底质降低了集矿机的附着性能。     

基于离散元法的锄板入土作业参数优化分析

针对茎秆农作物根系残留田间影响土质的问题,以根系掘除设备的锄板为研究对象,利用JKR接触模型来描述土壤颗粒间相互接触时的运动情况。基于离散元法,采用EDEM软件分析锄板入土过程中不同速度(整机前进速度)、转动角速度(锄板绕转动点旋转的平均角速度)和离地高度(刀尖距地面的距离)对所受合力的影响,并利用仿真得到锄板从初始位置转到指定角度过程中的最大合力值。基于Box Behnken Design响应面分析法建立三元二次线性数学模型,由方差分析结果得到该数学模型极为显著(P<0.01),说明所建数学模型的合理性和正确性。由数学模型确定前进速度0.41 m/s,转动角速度40°/s,离地高度115 mm时,锄板所受最大合力可达到其最小值为563.36 N。在烟草种植试验地进行田间实测试验,结果表明,仿真数据数值与田间试验数值相对误差为5.1%,验证模拟的根土复合体土壤模型基本符合土壤力学特性,能真实模拟该试验地土壤属性。研究表明采用离散元法分析锄板入土作业所受合力的可行性,可进一步为锄板的优化设计提供参考。     

触土曲面内蕴几何量对推土板工作阻力的影响

设计了宏观触土曲面准线为圆弧、抛物线和仿生曲线的推土板。通过室内土槽试验测试了3种推土板的工作阻力。建立了3种推土板宏观触土曲面的参数方程,并完成了3种触土曲面第一类基本量E、F和G,曲面第二类基本量L、M和N内蕴几何量计算。得知第一类基本量中的E值和第二类基本量中L值是影响触土曲面工作阻力的重要因素。仿生曲线式推土板触土曲面E值和L值具有较复杂变化趋势,也相应获得了较低的工作阻力。圆弧式推土板则具有相对较大的工作阻力。     

推土铲测力传感器设计与试验

为研究推土铲的工作性能，设计了两种测力传感器，分别用于推土铲表面载荷和总推土阻力的测量。通过光滑试件和非光滑试件的推土试验，获得了推土铲工作时表面载荷的分布规律，以及推土铲水平推土阻力和垂直推土阻力与切削深度和切削速度等工作条件的关系。     

煤的法向粘附规律及表面电渗减粘试验

分析了煤的粘附机理,研究了煤的含水量,机械组成,所受正压力以及表面电渗因素对煤的法向粘附力的影响规律。试验证明,煤对外物的粘附力与煤的含水量呈抛物线关系;对低含水量的煤,粘附力随正压力增大而增大,当煤的含水量较高时,粘附力与正压力呈抛物线关系;煤的机械组成对煤的法向粘附力有很大影响,煤中细小等级含量多,粘附力大;     

蝗虫在滑移捕集滑板上的附着力测试

为给灾害蝗虫光电诱导滑移捕集装置中滑板材料的优选与滑板倾角的设定提供技术支持,设计了蝗虫附着力测试系统(精度为1mN,量程为0~3N),并利用该系统进行了蝗虫在不同材料和不同倾角捕集滑板上的附着力测试。结果表明,当分别以镀锌铁板、PVC板和普通玻璃板为滑板时,蝗虫的附着力均随着倾角的增加而减小;对于确定倾角的滑板,蝗虫在镀锌铁板上具有较小的附着力,故镀锌铁板较适宜作光电诱导滑移捕集装置的滑板,相应的最小倾角为35°~40°。     

甘薯起垄整形机犁铧式开沟起垄装置设计与试验

针对现有甘薯起垄整形机起垄效果较差、牵引阻力大等问题,设计了一种甘薯起垄整形机犁铧式开沟起垄装置,并阐述了其主要结构和工作原理。结合甘薯种植模式和垄型结构农艺要求,采用水平直元线法确定了开沟起垄装置犁体曲面的结构参数及其取值范围。运用EDEM离散元仿真软件,建立了犁铧式开沟起垄装置-土壤互作仿真模型。选取开沟犁体曲面安装角、推土角、元线角差值为试验因素,以犁体土壤抛送距离和牵引阻力为评价指标,进行了Box-Behnken中心组合设计试验。仿真试验结果表明,当作业速度为3.33 km/h时,安装角、推土角和元线角差值最优组合为27.19°、38.05°和10.69°。基于优化的最优组合参数进行了田间试验,田间试验结果表明,犁铧式开沟起垄装置垄高稳定性系数为98.53%,垄体土壤紧实度为236kPa,拖拉机作业油耗为11.94L/h,满足甘薯开沟起垄农艺要求,且均优于板式起垄装置作业效果。     

双平板叶栅绕流的流动结构及其激励特性研究

绕流叶片的非稳态流动及其尾迹涡结构是诱发水力机械振动的主导因素。以横向布置的一对平板叶栅为研究对象,基于LES计算雷诺数在4.8×104下的三维绕流流场,分析绕流流场涡演化结构、升阻力及压力脉动等特性,以揭示尾迹干涉下平板绕流的流场结构及其激励机制。结果表明:该雷诺数下,单平板绕流平板表面存在错列布置的发卡涡结构,绕流尾迹呈现出高度的三维特性;双平板叶栅绕流状态下,上、下游平板间的间隙流动结构有明显抑制上游平板表面涡结构演化的作用;平板受力在模式H和模式L之间不断切换,且升力波动的幅值随阻力的增大而增大,尾迹干涉下下游平板受力的模式切换频率升高,升力波动幅值也增大;平板表面压力脉动的主要激励源为平板尾涡脱落。尾迹干涉下平板绕流及受力分析,可为水力机械叶片尾迹干涉下的流动主动控制提供参考。