基于贝壳棱纹结构的仿生除草轮设计与分析

小麦在生长过程中极易受到杂草的侵扰，造成产量下降和品质降低。传统的除草轮在切入土壤的过程中会受到较大的阻力，离开土壤时易产生土壤黏附现象，对除草效率产生不利的影响。为此，以栉孔扇贝瓣为仿生原型，对除草轮进行仿生设计，并利用有限元软件ABAQUS对除草轮与土壤的相互作用进行模拟分析，利用电子万能试验机对除草刀片与土壤的相互作用进行试验分析。研究结果表明：仿生除草轮与原始除草轮相比，可以有效降低除草作业时的阻力，减少土壤黏附现象，为除草轮的优化设计提供依据。     

耕作层土壤在动载作用下的力学特性

利用日本产ＤＴＣ－３０６土壤动态三轴仪对东北地区黑壤土在不同围压和加载速率情况下，测得一组主应力差σ１－σ３与轴向应变ε的关系曲线，并利用所测的曲线对准静态情况下被广泛用于土壤与机具相互作用的有限元分析的Ｄｕｎｃａｎ－Ｃｈａｎｇ双曲线模型进行修正，得出了考虑加载速率影响的修正Ｄｕｎｃａｎ－Ｃｈａｎｇ模型。     

窄刀板切削过程的三维双非线性有限元分析

本文对窄刀板切削过程进行了三维双非线性有限元分析,在常规三轴仪测得数据的基础上,建立了农业土壤的弹塑性力学模型。根据土壤—切削部件相互作用过程的特殊关系,用所提出的摩擦单元模拟土壤和部件的相互作用。为了简化计算,减少网格划分,节省计算时间,加入了三维等参模糊单元。土壤弹塑性力学模型、摩擦单元和模糊单元作为三个完整的程序模块并入大型非线性有限元程序(NFAP)中,所进行的计算与实验结果具有良好的可比性。     

薄壁球铁铸件铸造工艺CAD及凝固模拟

研究了球铁铸件的凝固特性，引进铸型刚度这一新参数，建立了新的冒口设计方法，开发了球铁铸件铸造工艺ＣＡＤ系统。利用此项研究成果对原汽车后桥铸造工艺进行优化设计，使铸造工艺出品率提高３％，铸件无缩孔，缩松缺陷。采用有限元方法，利用国际通用软件ＦＥＭＢ在微型计算机上进行铸件的几何建模与结果显示，利用ＡＤＩＮＡＴ软件在中型计算机上进行工程计算，开发了薄壁球墨铸铁件凝固过程过程数值模拟软件。     

农业机械工程图纸管理系统的研究和开发

在Ｗｉｎｄｏｗｓ９５操作平台上，用ＯｂｊｅｃｔＡＲＸ开发了一套内嵌ｕｔｏＣＡＤ ｒ１４的农机图纸系统。该系统应用面向对象理论和ＯＤＢＣ（Ｏｐｅｎ Ｄａｔａｂａｓｅ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）技术，实现了ＡｕｔｏＣＡＤ Ｒ１４内部的多文档－视（ＭＤＩ）结构。该系统在已有工程图像管理系统的基础上，针对农机企业的特点，有所创新和完善。同时使用了ＭＦＣ（Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｃｌａｓｓｅｓ）技术，使得该系统的功能更强大，界面更友好，可视化程度更高。     

吊杯式移栽机地轮与土壤相互作用力的试验研究

以2ZB-2型吊杯式移栽机为试验装置,以一次地轮与土壤接触区为研究单元,由薄膜压力传感器及配套的数据采集卡构成数据采集系统,在移栽机稳定工作状态下采集移栽机地轮与土壤的相互作用力,获得基于土壤硬度变化时地轮与土壤正压力模型,分析在不同土壤硬度条件下地轮-土壤接触区域相互作用力的变化趋势。田间试验结果表明:同一土壤硬度下随着地轮的移动,在地轮正下方位置应力值最大;地轮同一截面正应力值大小基本相同,且变化趋势基本相同;随着土壤硬度的增加,应力值逐渐增大。通过对地轮与土壤相互作用力的研究,可为移栽机栽植效果的提高提供依据。     

振动深松铲土壤切削有限元模拟分析——基于ANSYS/LS_DYNA

为了分析振动式深松机在耕作过程中深松铲与土壤之间的相互作用关系,首先研究了国内外采用有限元分析方法研究土壤切削问题的工作进展情况。为揭示振动深松减阻本质,借助ANSYS/LS-DYNA971软件,构建了深松铲和土壤的有限元仿真模型,并选用MAT_FHWA_SOIL和线弹材料分别作为土壤和深松铲的材料模型。将UG中的运动仿真数据作为深松铲载荷数据,通过Excel文件导入,对深松铲切削土壤的工作工程进行模拟,得出了深松铲切削土壤过程功耗的变化和深松铲在工作过程的等效应力(von Mises stress)情况,为深松铲结构参数的优化提供了依据。     

利用扩散模型描述非饱和各向同性土壤水的流动

利用扩散模型描述非饱和各向同性土壤水的流动Ｃ．Ｌ．ＰＲＥＶＥＤＥＬＬＯ，Ｐ．Ｌ．ＬＩＢＡＲＤＩＡＮＤＫ．ＲＥＩＣＨＡＲＤＴ（《ＳｏｉｌＳｃｉｅｎｃｅ》Ｖｏｌ．１５２，Ｎｏ．３（１９９１）［英］由于引入了重力扩散率Ｄｚ（θ）和混和扩散率Ｄｇ（θ）两个新...     

高压水射流破碎岩石数值模拟

针对高压水射流破碎岩石的特性，结合多物质流固耦合算法与ALE(任意拉格朗日欧拉)算法，利用显示动力学有限元程序对该复杂过程进行数值模拟，得出岩石破碎过程中的流体与固体的相互作用及岩石的破碎动态扩展过程并对连续射流冲击与脉冲射流冲击对岩石的切割效果进行对比。     

水泵叶轮的计算机三维实体造型研究

从计算机辅助设计（ＣＡＤ）与辅助制造（ＣＡＭ）的角度，分析了直接在计算机中进行水泵地轮三维实体造型的必要性，提出了具体的三维实体造型方法，给出了造型的步骤及造型实例，编制了造型函数库。     

宽型水田轮作业过程动力学仿真

宽型水田轮是前耕后驱微耕机的行走驱动装置,除具有驱动性能之外,还具有碾压碎土和搅动混土的作用,其设计参数对作业质量有大的影响。为此,以1WGQ4型微耕机为对象,采用有限元法和光滑粒子流体动力学方法(Smoothed particle hydrodynamics,SPH)相结合的方法,构建土壤-宽轮系统的动力学仿真模型,对其作业过程进行动力学仿真分析,在细微上研究其与土壤的作用机理。结果表明:随着宽轮的转动,轮叶与土壤的接触应力和轮叶水平推进力均呈现先增大后减小的变化趋势,但接触应力比水平推进力先达到最大值;滑转率不同,轮叶出现水平推力为零的位置不同;轮叶折角对驱动性能、碾压碎土和搅动混土作用有较大的影响。     

竖向荷载下桩土相互作用的有限元

在水闸设计中，对软土地基的处理多采用桩基。但是由于桩土作用的复杂性，要获得解析解是十分困难的。利用大型有限元软件ANSYS，建立了桩土相互作用的三维有限元—接触面单元的非线性数值模型，对竖向荷载作用下的群桩与土的相互作用机理进行了分析与探讨。结果表明，所采用的接触单元模型能够很好地模拟桩与桩侧土体之间滑移破坏地发展情况。     

Wet clay soil behaviour under multiple cage wheel lugs

This paper presents the results of studies on the deformation of wet clay soil under the action of multiple lugs. The effect of trench spacing (the distance between trenches cut by successive lugs), lug slip and lug spacing on the soil deformation under cage wheel lugs was studies. Wedge formation under a succeeding lug has also been studied. It was observed that the soil behaviour under multiple cage wheel lugs was significantly affected by lug spacing and slip. The soil wedge formation as well as soil adhering to the succeeding lug was a strong function of lug slip and spacing. In all cases the soil deformation pattern was quite different from that caused by a single lug.     

通用旋转设计优化旱地驱动叶轮参数的研究

利用通用旋转组合试验设计方法,探讨旱地叶轮的使用参数优化问题.采用田间试验,定量地分析了叶片入土角度和入土深度对叶轮滑转率的影响,得到滑转率回归模型.通过对模型的分析表明:在一定牵引负荷下,入土角度和入土深度对驱动叶轮的滑转率有明显的影响,而且叶片入土深度比入土角度对滑转率影响稍大些.通过对模型的统计择优分析,并结合实际使用,得到叶轮在驱动力为1435N时入土角度和入土深度的优先选用的组合,即入土深度为53mm,入土角度为90°,此时的滑转率为18.98%.     

仿生镇压辊减粘降阻的有限元分析与试验验证

利用ABAQUS软件建立了传统镇压辊和仿生镇压辊与土壤相互作用的三维有限元模型。模拟结果中伪应变能约占内能的0.1%,传统镇压辊和仿生镇压辊的牵引阻力的模拟值和试验值相对误差分别为11.47%和2.38%,模拟值和试验值吻合较好,验证了模型的可靠性。从Mises应力云图、镇压辊与土壤接触面积和位移云图3方面对2种镇压辊的模拟结果进行了对比。结果表明:仿生镇压辊与土壤的接触应力显著大于传统镇压辊,更利于将土壤表层的土块压碎;仿生镇压辊与土壤的接触面积比传统镇压辊降低了79.05%,有利于降低土壤与仿生镇压辊表面的粘附力,且土槽试验结果得到仿生镇压辊的粘附土壤量比传统镇压辊降低52.78%;仿生镇压辊表面的肋条结构能在一定程度上约束土壤流动,避免了壅土现象的产生;2种镇压辊的下陷量相差很小,压实阻力基本相同,但仿生镇压辊更利于压实表层土壤;传统镇压辊造成土壤沿镇压辊宽度方向的位移扰动量大于仿生镇压辊,需要消耗更多的功。土槽试验结果表明:与传统镇压辊相比,仿生镇压辊的阻力降低了28.66%。     

超长单桩承载机理的有限元分析

采用三维有限元法分析了超长单桩在竖向荷载作用的传递机理。其中土体本构关系采用D-P模型模拟，混凝土采用线弹性模型模拟，桩土界面采用接触单元模拟。分析结果表明超长桩属摩擦型桩，其承载能力应该由桩顶沉降控制。     

基于SPH/FEM耦合算法的土壤切削仿真与研究

ANSYS/LS-DYNA仿真软件,采用SPH/FEM耦合算法模拟旋转刀具切削土壤作业过程。在Solid Works中建立刀具—土壤模型,用ANSYS/LS-DYNA进行前处理,修改K文件建立耦合模型,在LS-PREPOST中查看LS-DYNA9 7 1求解结果 ,对数据进行二次处理,分析作业过程能耗变化及应力分布,为后期优化刀具提供依据。文中土壤本构模型采用MAT_147(MAT_FHWA_SOIL)材料,对材料屈服准则进行详细阐述,相比标准MohrCoulomb屈服准则,修改后的Mohr-Coulomb屈服准则引入了修正系数Ahyp,分析了Ahyp取值对屈服面的影响,得出Ahyp与土壤内聚力和内摩擦角关系;阐述SPH算法和SPH/FEM耦合算法,分别用FEM算法、SPH算法和SPH/FEM耦合算法模拟土壤切削过程。结果表明:在土壤切削前期,网格没有发生畸变时,3种方法模拟结果相近,随着有限元网格发生畸变,FEM算法产生了误差,验证了SPH/FEM耦合算法在土壤切削仿真过程中的可行性与准确性。     

有限元法计算齿轮接触强度的理论研究

根据齿轮展成加工原理,导出了渐开线齿廓方程及主、从动齿轮啮合位置方程,应用有限元法,编制了考虑内、外啮合方式并计及轮体结构的有限元建模程序,通过数据格式转化,自动生成可被ＡＤＩＮＡ分析程序直接调用的接触强度计算模型数据文件。对６个算例进行了数值模拟计算,将其结果与传统计算方法和实测结果进行了比较,结果证明本文提出的计算方法更接近实际工况。     

黄土高原坡地土壤与旋耕部件互作离散元仿真参数标定

针对黄土高原坡地土壤-旋耕部件互作机理研究以及坡地专用旋耕机具设计缺乏准确可靠离散元仿真参数的问题,以典型坡地粘壤土(含水率13.4％±1％)为研究对象,选取EDEM中Hertz-Mindlin with JKR Cohesion接触模型,对相关仿真参数进行标定.首先,对土壤颗粒间接触参数进行了标定,以土壤颗粒的仿真堆...     

土壤耕作部件极窄刀齿与土壤作用关系研究

随着保护性耕作技术和低扰动土壤处理技术的发展,新型土壤耕作部件越来越多地采用窄类或极窄类刀齿形式。通过理论分析和室内土槽试验,对矩形齿和三角形齿两种极窄刀齿贯入土壤造成的土壤失效机理、刀齿工作时的主要阻力来源、刀齿形状尺寸参数对贯入阻力的影响以及刀齿贯入阻力预测模型进行了研究。结果发现,极窄刀齿在贯入土壤过程中,土壤与刀齿相互作用产生应力场和速度场,土壤主要受到刀齿的挤压而失效;刀齿所受阻力可以通过相互作用过程中产生的力学分量进行预测,特别是该预测模型能够较好地反映刀齿在不同深度下所受阻力的变化趋势,研究还发现在土壤参数一定的情况下,极窄刀齿所受阻力与刀齿和土壤的接触面积直接相关,极窄刀齿的形状尺寸参数是其受力的重要影响因素。