月球车轮与月壤相互作用动力学模拟

在分析月球车轮与月壤相互作用的基础上.应用离散元软件PFC2D对月球车轮在月壤上的牵引通过性能进行了模拟研究.通过双轴试验调整离散元力学模型的细观参数.得到月壤离散元接触力学模型:其内摩擦角为42°,凝聚力为1.554 kPa,泊松比为0.41,弹性模量为77.5 MPa;通过颗粒与月球车轮接触的平均刚度.确定了车轮前进时的水平速度与沉降速度增量;在相同试验条件下,模拟试验与土槽试验的对比结果表明,两者趋势一致;有轮刺轮与光滑轮的牵引通过性能对比结果表明,在没有牵引阻力情况下.有轮刺轮滑转率为零.光滑轮滑转率为1.8%;当滑转率为10%时,光滑轮挂钩牵引力为7.71 N,有轮刺轮挂钩牵引力为121.6 N.     

月壤钻采取样方式对样品层理的影响

针对月壤钻采任务,基于离散元月壤模型,分析了硬质管取芯与软袋取芯2种取样方式的层理保持特性,提出了曲面斜率法描述月壤样品的层理信息。该方法能够通过拟合曲面直观反映随钻深分布的各层月壤样品变形情况,并能够定量描述各层样品轻微扰动部分与层理破坏部分的分界范围,以及层理破坏趋势与程度。分析结果表明:取样袋能显著保护样品的层理信息,而硬质管取芯对外侧月壤样品层理破坏严重,且破坏层数较多,但层理破坏较轻微的样品直径范围与有取样袋工况差别不大。此外,2种工况下,表层月壤样品层理信息均破坏严重,说明了表层月壤具有较强的随动性。     

驼蹄仿生轮胎对整车牵引性能影响的相似模拟研究

与普通轮胎相比 ,驼蹄仿生轮胎具有较好的牵引性能。为考察装备驼蹄仿生轮胎的整车牵引性能 ,在车辆行走机构沙地试验台上对驼蹄仿生轮胎进行了重复通过牵引性能试验 ,研究了驼蹄仿生轮胎的载荷、气压、滑转率和侧缘对其牵引系数和牵引效率的影响。根据相似理论 ,对装备驼蹄仿生轮胎的整车牵引性能进行了模型和原型相似分析。研究表明 ,一定工况下整车的牵引性能可用单个驼蹄仿生轮胎的重复通过性能来预测。     

基于相似理论的月球车坡面通过性能试验

基于相似理论开展月球车轮壤相互作用系统参数量纲分析,分别以模拟月壤内聚力和密度参数不变为约束条件,推导了轮壤系统参数比例尺。采用轻质量模型样车法当量月面低重力环境影响,设计1/2比例月球模型样车;以速度和坡度为试验因素,开展月球车坡面通过性试验;分析了试验因素对各车轮滑转率和沉陷量的影响规律;讨论了不同坡度条件下驱动扭矩、挂钩牵引力和牵引系数随滑转率的变化规律。结果表明,坡度对通过性的影响明显较速度的大;随着滑转率的增加,驱动扭矩和挂钩牵引力呈现增加趋势,最大值分别为3.6 N·m和10.5 N;牵引系数呈现先增加后减小趋势,在滑转率为21.6%时达到最大值0.18。为保障月球车安全可靠的通过性能,其巡视坡度在20°以内合理。     

基于CFD-DEM的稻谷通风阻力数值模拟与试验

为探究稻谷通风中谷层阻力的变化规律,基于离散元理论,构建了2个品种稻谷颗粒的数值模型,采用CFD-DEM耦合模拟了垂直圆管约束中的稻谷颗粒群在不同风速及谷层深度下通风阻力的变化规律。结果表明:在表观风速一定时,谷层阻力随谷层深度的增加而非线性增加(R20.99);当谷层深度一定时,谷层阻力随表观风速的变化关系可表达为二次多项式形式(R20.98);不同品种的稻谷在相同条件下谷层阻力变化趋势相同,数值不同,长粒型较短粒型谷粒通风阻力小。通过搭建试验装置,对模拟结果进行了试验验证,成对t检验(α=0.01)结果表明差异不显著,数值模拟与试验结果吻合,证明应用CFD-DEM方法数值模拟稻谷通风阻力是可行的,获得的拟合方程可用于谷仓通风阻力计算,指导就仓干燥系统管网设计及风机的选配。     

基于DEM的螺旋输送机模拟仿真

基于离散单元法,对螺旋输送机进行模拟仿真,研究螺旋外径与料槽之间的间隙以及物料摩擦系数对螺旋输送机输送量和功率消耗的影响。结果表明:当间隙与物料尺寸相同时,输送机输送量降低且功率消耗急剧增加;随着物料与输送机之间的摩擦系数增加,螺旋输送机输送量降低,功率消耗增加;物料之间的摩擦系数对输送机输送量和功率消耗没有影响。     

导流板对立式搅拌磨破碎行为的影响

以立式螺旋搅拌磨为研究对象,设计了一种带导流板的磨筒,通过离散单元仿真软件对磨机进行模拟仿真,研究了导流板对磨机性能的影响。仿真模拟的速度云图及碰撞数据表明导流板能够提高磨机内研磨介质的速度梯度以及碰撞能量,从而提高破碎效果,为立式搅拌磨的优化设计提供了一定的参考。     

果蔬机械特性及有限单元模拟研究进展

果蔬机械特性的研究为果蔬加工机械装备的开发与生产工艺设计、果蔬产品品质检测和品种改良等提供了理论依据。近年,基于有限单元法的分析模拟被普遍地应用于农业工程中的各个研究领域。为此,综述了国内外果蔬机械特性的研究现状;介绍了基于有限单元法的分析模拟在果蔬机械特性研究中的应用;概述了果蔬有限单元建模分析主要步骤;指出了基于有限单元法的分析模拟在果蔬机械特性的研究中所出现的问题,并对其发展方向做了展望。     

基于EDEM的谷物分离模拟与试验研究

为代替手工作业,降低劳动强度,以簸箕为原型设计一款水平振动的谷物分离装置,采用离散元软件EDEM对谷物分离过程进行模拟,并且运用响应面方法得到最佳振动参数,最后进行试验验证。仿真和试验结果表明:所设计的谷物分离装置可以较好地实现谷粒与茎秆的分离,所得谷粒体积浓度为99.90%。对振动参数的讨论得出,在二维响应面上,谷粒体积浓度为1的两条等高线所夹区域内任选一点,横纵坐标所对应的频率和振幅作为振动参数,即可实现谷粒与茎秆的完全分离。当振动频率为5 Hz时,振幅应在17.5～22.5 mm范围内选取;振动频率为6 Hz时,振幅可在12.5～20 mm范围内选取。所做研究可为谷物分离设备与工艺优化提供一定的理论参考。     

结构面倾角对岩块力学特性影响的离散元模拟

结构面的存在对岩块力学性质具有弱化作用,为揭示硬岩岩样单结构面倾角α大小对其力学性质影响的变化规律,同时检验Jaeger单结构面理论模型的可靠性,基于PFC2D建立了完整岩样及α分别为0°、15°、30°、45°、60°、75°和90°的双轴模型进行试验。研究表明:1α介于45°~75°时,试样沿结构面滑动,其余均为贯穿结构面的剪切破坏,围压增大使α=75°试样的破坏模式向贯穿结构面剪切发展;2α=60°时,位移场与完整岩样存在明显差别,其破坏模式不受围压影响;3试样微裂纹主要由切向黏结破坏引起,当强度超过峰值后法向黏结破坏逐渐增加,相同围压下贯穿结构面破坏引起的微裂纹数比沿结构面滑动的多;4结构面倾角和围压对试样峰值强度、轴向等效弹性模量和峰值前应变具有明显影响,理论的结构面倾角阈值并不明显存在。     

基于Vortex的月球车仿真技术

为实现对月球车各种运动工况的性能仿真评估,基于Pro/E二次开发技术,将三维地形和车体模型直接生成定制的SQlite数据库模型,基于Vortex物理引擎相关函数,建立月球车车体动力学模型,并采用OSG图形引擎可视化对象;在轮壤台架试验基础上,对Vortex内建的轮壤作用模型进行模型的评估及修模,确保模型的正确性;基于MFC多文档框架,实现响应中断、事件回调及仿真数据再现等前后处理功能,构建了三维可视化的仿真分析软件.     

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.     

汽车牵引力控制软件在环仿真研究

应用车辆动力学仿真模型和基于目标控制器的汽车牵引力控制算法,设计了汽车牵引力控制软件在环仿真系统,并对后轮驱动越野汽车进行了软件在环仿真模拟。仿真结果表明,设计的控制算法有效地消除了驱动轮过度滑转的现象,提高了车速,为目标控制器的软件开发打下了基础。     

圆锥指数仪贯入沙土试验的离散元法模拟

利用离散元法对圆锥指数仪贯入沙土的试验进行了数值模拟研究.贯入试验与数值模拟结果所揭示的现象相吻合,即圆锥侧壁上的土壤摩擦阻力对总贯入阻力影响微小.离散元数值模拟结果显示,贯入圆锥锥尖部位的颗粒力链为强力链,颗粒的速度数值较大但方向杂乱,其他位置颗粒几乎静止;圆锥指数仪的贯入阻力随贯入深度增加而显著增大;土槽侧壁的正压...     

圆锥指数仪贯入沙土过程的三维离散元法模拟

在圆锥指数仪贯入沙土试验的基础上,建立了半圆柱形沙土料床的三维数值模型,利用离散元法对圆锥指数仪贯入沙土过程进行了模拟,讨论了圆锥指数的主要影响因素及其影响规律。研究结果表明:贯入圆锥的铅垂方向阻力、圆锥指数及半圆柱形料床侧壁的正压力均随着贯入深度的增加而增大,且形状窄、粒径大的料床圆锥指数明显大于形状宽、粒径小的料床;贯入后的大颗粒料床侧壁正压力明显大于小颗粒料床;当圆锥贯入速度大于0.2 m/s时,圆锥指数才明显增大,此时贯入过程已经对料床产生较强的冲击效应。最后,把贯入后的料床根据颗粒的位移划分为4个区域,可以直观地判断出贯入过程的影响范围,为实地测量土壤坚实度时取样点间距的选取提供了理论依据。     

磁吸板式排种器充种性能离散元仿真

论述了一种磁吸板式精密排种器结构及工作原理。以单列排种元件为研究对象,采用颗粒离散元法建立排种器仿真模型,分析了种箱移动速度、永磁体磁吸端面磁场强度和充种位置角对排种器充种性能的影响,得到各因素的最佳组合。仿真结果表明,影响排种器充种性能的主要因素是磁体端面磁场强度,其次是种箱移动速度。仿真及样机性能试验均表明,在永磁体端面磁场强度为150 mT、种箱移动速度为0.08 m/s、充种位置角为110°条件下,排种器均具有较好的充种性能,其单播率仿真值为89.57%,实际试验值达87.93%,仿真与试验结果基本一致,证明离散元法仿真分析磁吸板式排种器的可行性,同时也表明磁吸板式精密排种器可用于小颗粒蔬菜种子的精密播种。     

与沉陷相关联的星球车挂钩牵引力模型研究

通过轮壤作用关系的线性化推导,建立简洁的挂钩牵引力模型用于星球车在轨沉陷预估。以玉兔号月球车为例,利用其车轮土槽试验进行了模型修正和验证,从而建立了用于星球车在轨沉陷预估的模型,验算得到修正后的挂钩牵引力模型的拟合值与土槽实测值的误差小于9%。提出的模型可以为星球车在沉陷前进行预警评估,也可为发生沉陷后的地面模拟脱困试验提供沉陷状态数据。该研究方法还可用于轮式机械在沙漠、滩涂等松软地面执行各种操作的快速沉陷预估。     

离散元模拟中沙土参数标定方法研究

农业机械与土壤相互作用仿真时,选用颗粒相互作用参数的准确度将直接影响仿真结果。本文提出一种通过试验与模拟相结合系统地标定沙土颗粒相互作用参数的方法。通过堆积角测试装置、三轴剪切试验仪、图像颗粒分析系统等设备测量计算沙土的堆积角、剪切模量、粒径分布和外观形貌等参数,为颗粒或工厂建模提供参考。使用标准球和非标准球对沙土颗粒的碰撞恢复因数、静摩擦因数、滚动摩擦因数进行标定。研究不同质量和不同标定方法(抽板法和漏斗法)是否对堆积角产生影响。模拟结果表明,选用标准球标定时,碰撞恢复因数是0.15,静摩擦因数是0.8,滚动摩擦因数是0.2,抽板法得到的堆积角是33.99°,相对误差是4.74%;漏斗法得到的堆积角是33.59°,相对误差是3.51%。同时,选用非标准球进行标定时,碰撞恢复因数是0.15,静摩擦因数是0.2,滚动摩擦因数是0.3,抽板法得到的堆积角是32.06°,相对误差是1.20%。由此看出,颗粒外观形貌对颗粒间静摩擦因数影响相对较大。