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。     

摩擦单元分析三维土壤切削问题

本文介绍一种三维摩擦单元,用以分析土壤切削刀具在切削过程中,土壤与刀具表面的相互作用。并用此单元对窄刀板切削过程进行了计算,同时给出了窄刀板切削过程界面应力的测量结果,对比表明两者具有良好的一致性。     

基于SPH算法的平面刀土壤切削过程模拟

以我国华北一年两熟区保护性耕作地土壤为原型,利用ANSYS/LS_DYNA对平面刀切削土壤过程进行数值模拟,并通过理论分析和试验,验证SPH算法在模拟平面刀切削土壤过程方面的可行性。结合MAT147土壤材料模型,SPH算法及点-面侵蚀接触,运用ANSYS/LS_DYNA软件对平面刀切削土壤过程进行有限元分析。仿真结果表明,SPH算法能够直观模拟平面刀切削土壤整个过程,最大等效应力为5.851 MPa,主要集中在与平面刀接触的土壤上;平面刀切削全过程表明,土壤所受等效应力波动较小,切削过程比较平稳;稳定切削时切削功耗在10.2 kW附近波动,通过理论和试验验证,仿真切削误差不大于0.05。由此说明SPH算法进行平面刀切削过程的数值模拟是可行的。     

推土铲仿生分析与可视化设计

为解决推土铲工作时土壤粘附和阻力大的问题，从仿生学的角度对推土铲的曲面构形进行了分析，设计了主要的结构参数，按照仿生学分析的结果，建立了推土铲计算机辅助分析系统，运用计算机可视化技术设计推土铲的曲面形状，设计结果与实际使用的推土铲结构参数一致。     

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。     

触土曲面形式对推土板减阻性能影响的正交试验

结合经典推土板设计理论和研究成果,对推土板触土曲面结构进行准线形式和切削角的组合设计,采用缩尺模型设计与制作了9个推土板模型。通过室内土槽正交试验研究了触土曲面准线分别为圆弧、抛物线和仿生曲线,切削角分别为50°,55°和60°的9种推土板模型的阻力特性。结果表明准线形式和切削角的交互作用,以及准线形式对工作阻力具有显著影响,显著性水平都达到了0.25。与传统的圆弧曲面推土板相比,抛物面可相对降低工作阻力4.6%,仿生曲面降低16.0%(垂直阻力分别降低4.8%和51.4%)。研究成果对推土板及相关宽齿土壤切削部件的高效节能设计具有较重要的参考价值。     

基于SPH算法的深松铲土壤切削过程仿真及试验研究

为探明深松铲土壤切削过程中切削阻力的变化规律和了解深松铲切削土壤过程情况,基于SPH方法建立了深松铲土壤深松的有限元模型,并对其深松过程进行仿真分析。仿真结果表明:SPH法能够直观地模拟深松铲土壤切削完整过程,最大等效应力为3. 184MPa,主要集中在与深松铲接触土壤上,仿真切削阻力为3.65 k N。通过耕整地移动式田间动态试验台进行田间试验验证,得出切削阻力为3. 542 k N,与仿真结果相比误差仅为3. 05%,验证了基于SPH法进行深松铲切削土壤过程的仿真是可行的。     

非光滑仿生曲面形推土铲推土阻力试验研究

设计了非光滑曲面推土板试件并进行推土铲工作时的阻力性能试验。试验结果表明，在相同的工况下，切削深度、切削角度和切削速度都会影响推土阻力，但与光滑曲面推土板相比，非光滑曲面试件由于改变了土壤沿曲面流动和破坏的状态，减少了有效接触面积，具有明显的降阻作用。     

深松铲减阻性及耕作阻力影响因素研究——基于LS-DYNA

为研究不同触土曲面深松铲的减阻效果及不同工作参数对深松铲耕作阻力的影响,设计了5种典型准线的深松铲结构,并通过ANSYS/LS-DYNA软件对深松铲切削土壤过程进行了仿真,对比分析了不同结构深松铲切削土壤时所受到的阻力,选择出减阻性能最好的深松铲结构。以优选的深松铲作为研究对象,对入土角、工作速度及工作深度等因素进行单因素试验,研究上述因素对耕作阻力的影响。试验结果表明:仿生变曲率深松铲的减阻性能最好,其耕作阻力最小(601 N);入土角为24°时,深松铲耕作阻力最小;耕作阻力随工作速度和工作深度的增加而增大。该文可为深松铲结构的设计以及工作参数的选择提供一定的技术支持。     

利用充气法减小推土铲工作阻力的试验研究

利用充气法减小推土铲工作阻力的试验研究张淑敏诸葛茜赵奕推土机在土壤含水量较高的工况下工作时，会出现推土阻力急剧增加的现象。究其原因，是因为土壤含水量较高，会使推土铲铲面粘土现象严重，使得土壤沿铲表面的粘附摩擦阻力大大增加。为了减小这种粘附摩擦阻力，...     

可降解穴盘切割刀具优化设计与有限元分析

针对现有的穴盘苗全自动移栽机分苗装置中刀具对可降解穴盘切割效果较差的问题,对分苗装置中的刀具进行优化。运用Soildworks软件分别建立24齿单、双刃圆盘切刀,36齿单、双刃圆盘切刀,48齿单、双刃圆盘切刀的三维模型,运用ANSYS软件对六种圆盘切刀进行有限元静强度分析。仿真结果表明:24齿双刃圆盘切刀切割可降解盘过程中受到的最大应力、产生的最大应变都是最小值,分别为1.658 4×10~5 Pa和8.350 2×10~(-7) m/m。运用Design-Expert软件得到齿数与刃口形状两大因素对最大应力、应变的影响效果的回归方程模型和试验因素响应曲面,确定圆盘切刀的最佳组合形式为24齿双刃圆盘切刀。再对其进行Modal模态分析,得到圆盘切刀的10阶振型,通过固有频率与转速之间的关系,验证圆盘切刀正常切割可降解盘作业时的额定工作转速为33.4 Hz,圆盘切刀发生共振的临界转速为202.7 Hz,圆盘切刀发生共振的临界转速高于实际工作时的转速,发生共振可能性极小,为切割可降解盘的圆盘刀具的优化和设计提供理论依据。通过圆盘切刀的切割试验结果可知24齿双刃圆盘切刀在350 r/min、400 r/min、450 r/min转速条件下的切割合格率分别为88.9%、86.1%和80.6%,可保持良好的切割稳定性。     

椭圆形刀顶对齿根弯曲应力的影响

着重研究了椭圆形刀顶曲线的形状对齿根弯曲应力的影响，并以减小最大齿根弯曲应力为目标，对椭圆形刀顶曲线的形状参数进行了优化设计。应用边界单元法，分别计算了普通圆弧形刀顶及椭圆形刀顶加工出的齿轮的齿根弯曲应力，应力分析结果表明：使用具有最优参数的椭圆形刀顶的刀具加工出的齿轮，其最大齿根弯曲应力比普通齿轮的最大齿根弯曲应力降低了１０．１％     

纳米改性金属陶瓷刀具切削性能研究

在常规的金属陶瓷刀具材料中添加纳米粉末可制备出性能优异的纳米改性金属陶瓷刀具材料。对造成金属陶瓷刀具磨损的原因进行了分析，与其他刀具材料进行了力学性能比较，用4种不同的工件材料进行了切削试验。试验结果表明纳米改性金属陶瓷刀具材料适合高速加工塑性材料，同时表现出优异的切削性能。     

基于Creo Simulate的青饲收获机滚刀设计与试验

滚刀是青饲收获机功率消耗最大的部件,若刀具设计不佳,会增加整机功率消耗。以自主研制的青饲收获机滚刀为研究对象,根据设计要求及秸秆的物理特性,确定刀具的类型、数量及排列方式。借助于Creo Parametric 5.0软件建立滚刀的三维模型,并利用Simulate有限元分析法对弯刀进行静态分析和优化,结果表明,当弯刀厚度减小2 mm时,弯刀最大变形量为0.059 86 mm,较优化前增大0.031 68 mm;最大应力为25.614 4 MPa,较优化前增加9.433 6 MPa。变形量、应力有所增加,但依然能够满足滚刀使用要求。以滚刀功率消耗为试验指标进行验证试验,结果表明,当弯刀厚度减小2 mm时,功率消耗有所减小,但弯刀整体质量却减少了25%,提高机具经济性,也证明仿真优化结果可靠。研究结果为后续滚刀的可靠性试验提供一定的参考。     

往复式割刀切割马铃薯秧数值模拟分析

针对马铃薯收秧机械在国内发展空白和往复式切割器切割马铃薯秧蔓研究较少的问题,对往复式切割器进行三维建模、显式动力学分析,并仿真得到往复式切割器在切割马铃薯秧过程中的变形结果、应力和剪切力变化折线图。结果表明:马铃薯秧的最大变形为148.98mm,最大应力为2.7706MPa,最大剪切力为1.5368 MPa,且往复式切割刀的各项指标均在合理范围之内,能够充分实现马铃薯秧苗的切割。该研究内容可为往复式切割器在马铃薯秧蔓切割问题上的探讨提供参考。     

圆盘切割式剑麻采摘装置设计与仿真

针对剑麻人工收割劳动强度大、效率低、成本高等问题，结合剑麻叶片物理特性和收割工艺特点，设计一种圆盘切割式剑麻采摘装置。首先，简述整机结构与工作原理；然后，对装置关键部件的结构进行设计，通过对刀具在切割过程中的受力与运动分析，确定刀具的回转半径和转速等结构与运行参数；最后，运用ANSYS对圆盘刀具进行静力学和模态分析，进而仿真优化刀盘结构，以刀具回转半径和安装角度为试验因素，刀具底部的最大应力和刀具顶部的最大形变量为评价指标进行两因素三水平正交仿真试验。仿真试验结果表明：当刀具安装角度为28°，最大回转半径为105 mm时，刀具的最大变形量为0.09 mm，最大应力为9.38 MPa，远小于刀具材料的最小屈服强度345 MPa；安全系数最小值为15，远大于1，最小循环次数为1010，进入了无限寿命区；根据刀具前6阶模态分析知，刀具的工作转速800 r/min，远小于极限转速。以上研究表明，刀具的刚度、强度和安全系数、疲劳寿命均满足要求，且不会发生共振现象。研究为剑麻收割机的设计及刀具避开共振点频率，减小因振动产生的变形，提供理论和技术参考。     

甘蔗收割机刀盘轴的疲劳分析和优化设计

通过实测甘蔗收割机作业工况的载荷信号,利用nCode Glphyworks进行信号处理,得到了能反映实际工作载荷的载荷谱。通过UG建立刀盘轴的三维实体模型,将三维实体模型导入ANSYS Workbench中进行网格划分和静力分析,得到刀盘在静力作用下的应力结果。根据载荷谱、有限元分析结果和材料的S-N曲线,利用nCode Designlife对刀盘轴进行了疲劳寿命预测,再根据静力分析和疲劳的结果,利用ANSYS Workbench对刀盘轴进行优化,最后验证优化后的刀盘轴是否满足实际使用的需求。     

秸秆切割揉碎装置设计与仿真分析

切割揉碎装置设计的合理性是影响秸秆切割揉碎打捆机切割质量、工作性能和整机平衡性的主要因素。通过对切割揉碎装置粉碎刀的密度及其排列方式的研究,利用SolidWorks Simulation分析软件对粉碎刀和刀轴进行了仿真分析,获得了粉碎刀的最大应力为20.7 MPa,粉碎刀对秸秆的切削具有足够的强度支撑,根据获得的刀轴模态振型图,可知刀轴实际工作中的转速远低于其最低临界转速,满足实际工作的需求。      

基于ANSYS的谷物联合收割机设计与分析

以谷物联合收割机为研究对象,通过对收割机使用过程中的秸秆还田过程进行分析介绍,得出收割机刀辊的使用寿命是影响收割机使用性能的关键因素.对收割机刀辊结构进行受力分析,结合刀辊的使用工况,利用ANSYS技术进行刀辊疲劳寿命计算.计算分析表明:随着刀辊转速的不断增加,刀辊的损伤系数不断增加,造成剩余安全系数降低,影响使用过程...