大履刺履带沉陷性能预测方法研究

地面力学是研究车辆与地面相互作用的边缘学科,履带-地面相互作用是其中较为重要的一个分支。经过对地面力学的研究与总结,发现履带车辆在松软土壤上行驶时,应该采用大履刺履带行走机构,但目前学者们往往忽视了履刺的作用,对履带沉陷性能的研究工作较少。据此提出两种方法:基于贝克理论,应用力学平衡方法,提出松软土壤条件下大履刺履带压力-沉陷的关系式,采用赋值法解决变形系数为非整数时沉陷量的预测问题;基于PFC2D软件,探讨利用离散元法分析大履刺履带沉陷性能的可行性。可为大履刺履带车辆沉陷性能和履带结构参数优化提供理论依据及仿真手段。     

偏心摆振下圆簸箕中谷物分离的离散元模拟研究

为了揭示稻米和茎秆在圆簸箕中的分层机理,探究一种高效可靠的谷物振动分层方式,运用离散单元法,分析了水平偏心摆振下稻米-茎秆混合颗粒体系分离行为的细观机理,且对比圆簸箕在偏心及正心摆振下的谷物颗粒分离效果。结果表明:稻米和茎秆出现明显的斜坡状分层,茎秆堆积在稻米上方,同时稻米向容器远心端横向堆积;动能和运动趋势的差异是稻米和茎秆分离行为的主要原因,同时涡流卷流态的出现提升了分层效率。对比偏心摆振与正心摆振两种分离方法发现:容器几何中心的运动轨迹和颗粒的流态发生了明显变化,偏心摆振过程中轴心附近区域的茎秆发生横向迁移,所在区域的动能水平逐渐升高,解决了正心摆振轴心区域能量较低导致茎秆无法上升的问题。通过对谷物分离行为及新型振动方式的研究,可为农业颗粒分离工艺及设备发展提供新的思路。     

变量撒肥机肥料颗粒力学特性参数研究

为了确定离心式变量撒肥机离散元仿真所需的接触力学参数,利用离散单元法准确地模拟撒肥机撒肥作业过程和肥料颗粒运动规律。通过对典型肥料的物理力学特性参数进行测定,建立颗粒肥料离散元仿真力学特性数据库。为撒肥机的离散元仿真提供基础数据,从而为撒肥机构的设计提供依据。     

松软地面机器系统研究进展

松软地面机器系统的理论研究,对农业、林业、矿业和军事等领域作业机械的发展具有重要的科学意义和工程应用价值。本文总结了松软地面机器系统基础理论,以及松软干沙地面轮壤关系最新研究进展;从土壤动物形态、结构和柔性方面阐述仿生脱附减阻机理,综述了地面机械触土部件的仿生理论基础;概括了用于地面力学特性测试的技术方法和地面机器系统研究的土槽测试系统;分析归纳了数值模拟方法在地面机器系统研究中的进展;进而对松软地面机器系统理论方法在触土部件和车辆行走机构中的应用研究进行了展望。     

圆锥贯入过程的离散元仿真

以室内矾土颗粒、玻璃球和Toyoura砂的贯入试验结果为参考,利用离散单元法对圆锥贯入过程进行了数值仿真.数值仿真与室内试验结果对比表明:数值仿真得到的颗粒集合的贯入曲线与室内试验的结果较吻合,说明离散元法能够很好地模拟圆锥贯入过程中颗粒之间、颗粒与圆锥间的相互作用,并得到合理的宏观特性.仿真和室内试验都指出,随着孔隙率的增大,贯入阻力的数值随之减小.最后,就细观参数、贯入速度、试样颗粒数量及颗粒形状等因素变化对数值仿真结果的影响进行了分析.     

混合沙粒对半开式叶轮离心泵磨损的影响

为了研究含有混合多种颗粒粒径的含沙水对离心泵过流部件磨损特性的影响,应用RN G k-ε湍流模型和SIMPLEC算法,基于颗粒离散相模型(DPM)和半经验的McLaury磨损模型,沙粒注入选用Rosin-Rammler分布的拟合方法,对1台半开式离心泵内固液两相流的磨损特性进行数值分析.研究结果表明:叶轮流道内沙粒组分...     

基于贝克理论履带沉陷性能研究

地面力学是研究车辆与地面相互作用的边缘学科,履带-地面相互作用是其中较为重要的一个分支。经过对地面力学的研究与总结,发现履带车辆在松软土壤上行驶时,应该采用大履刺履带行走机构,但目前学者们往往忽视了履刺的作用,进行的研究工作较少。基于贝克理论和研究方法,应用力学平衡方法,提出松软土壤条件下大履刺履带压力-沉陷的关系式。采用赋值法解决变形系数为非整数时沉陷量的预测问题。可为大履刺履带车辆沉陷性能和履带结构参数优化提供理论依据。     

轮胎—土壤相互作用的研究现状和发展

轮胎—土壤相互作用是地面力学中一个重要的研究内容。研究轮—壤的相互作用对地面机械的研制、设计和评估都具有重要的意义。经过多年的发展,轮-壤相互作用研究方法可分为经验方法、解析-半经验方法和数值计算方法。对这三种方法的发展历史、研究现状进行了总结和分析,对三种方法的优缺点进行了比较,并指出了各方法中存在的需要解决的主要问题。     

基于CFD-DEM的机采鲜叶管道集叶过程数值模拟研究

为揭示乘坐式采茶机的集叶管道内部气流特性,利用计算流体力学（CFD）和离散单元法（DEM）对管道内气固两相流动进行数值模拟。通过多球面聚合法建立机采鲜叶数值计算模型,在分析鲜叶颗粒运动规律基础上,分别对其不同进口风速、鲜叶颗粒尺寸、弯管结构进行模拟分析。研究结果表明,数值模型可预测集叶管道的集叶效果以及最佳风速;在最佳进口风速范围内,鲜叶颗粒越大,管道内的剩余颗粒越多,容易产生沉积;鲜叶颗粒流在穿过竖直管道到弯管时形成一束弯管流曲线,且弯管结构对鲜叶颗粒运动有一定影响,流场平均速度呈先降低后升高的变化规律。选用一个弯管半径为0.04m圆角弯管作为集叶弯管结构,同时减少横向管道长度,选择内侧长度为0.03m竖直管,避免鲜叶颗粒由重力作用导致的沉积,保证集叶顺畅性。数学模型仿真与试验结果表明：减少横直管长度,采用圆角弯管与适合的竖直管长度的集叶管道,穿透率不小于86.8%,满足集叶要求。本文提出的鲜叶颗粒建模方法,用于集叶管道与鲜叶流相互作用的离散元仿真分析及管道结构优化。该研究可为集叶管道其他工作参数优化提供参考。     

转筒内D型二元颗粒物料滚落模式的径向分离

针对D型二元颗粒物料在转筒内的分离问题,以粘土颗粒和木制颗粒组成的物料为对象,采用离散单元法模拟了滚落运动模式下物料在转筒内的运动与分离过程。通过颗粒接触数定义物料混合指数,并结合Hong的渗流与凝聚竞争理论定量分析了物料的径向分离。结果表明:滚落运动模式下物料在转筒截面上分为平流层与活动层两部分,颗粒之间的分离运动发生在活动层;颗粒密度差异引起凝聚作用,使木制颗粒向转筒内壁分散而粘土颗粒向中心聚集,物料形成"月亮模式"分离形态;通过配置2种颗粒的半径可引入渗流机理,当渗流作用与凝聚作用相互平衡时,可避免物料发生径向分离;渗流机理的引入不受转筒尺寸的影响。     

基于重叠边界的有限元与离散元耦合异步长并行计算方法

为了减少有限元和离散元耦合领域问题的计算时间，本文建立了有限元-离散元耦合异步长并行计算方法。整个计算模型分为有限元和离散元两类计算区域，根据每个子域单元特性选择合适的积分时间步长。每个子分区均采用显式时间积分格式进行求解，采用重叠边界法处理边界耦合问题，不涉及子循环过程的插值和截断过程。数值算例表明该方法在保证高精度的同时有效降低了计算时间。     

混流式水泵水轮机泄漏量的计算及分析

为了确定混流式水泵水轮机泄漏量的大小,分别采用基于经验参数的理论公式法和基于N-S方程、RNG k-ε湍流模型、结构化网格技术的CFD数值模拟法,对某大型可逆式水泵水轮机分别在60%,70%,80%,90%的导叶开度下进行了泄漏量计算,并对2种方法的计算结果进行了对比分析.结果表明：理论公式法涉及经验参数的选取,对计算经验的依赖程度较大,具有一定的盲目性和不准确性,同时在对机组水轮机工况下的泄漏量进行计算时,由于各个工况点的水头相等,导致计算出的不同工况下机组泄漏量曲线是一条平行直线,并没有反映出泄漏量随工况变化的真实规律;将CFD数值模拟法计算的性能曲线与试验性能曲线进行比较,结果显示吻合度较高,验证了CFD数值模拟法的正确性及对间隙泄漏问题计算的可行性,可以较为准确地描述间隙泄漏问题,克服了理论公式法在计算时出现的弊端.     

基于有限元的自平衡桩基荷载箱位置确定性分析

自平衡测试作为一种新型的桩基静载试验在工程实践应用过程中往往存在荷载箱位置难于确定,以致影响工程试验精度问题。传统荷载箱位置的确定主要采用规范经验值法和数值模拟法:规范经验法岩土参数是根据规范或室内土工试验所得,但与实际场地取值存在一定偏差;而数值模拟法精度虽也依赖岩土参数准确性,但却能够很好模拟桩-土间相互作用。因此依据工程实例将两种方法相结合,对试桩分批试验,首先通过规范经验值法确定桩基平衡点位置和进行数值模拟,根据实际测试结果优化数值模型参数,然后用优化数值模型计算后续试桩的平衡点位置,结果表明该方法能够很好确定平衡点位置。     

螺旋离心泵叶轮中三维势流的边界元计算

采用边界元法对螺旋离心泵叶轮中的三维势流进行了数值计算。讨论了边界的离散单元、边界积分方程的离散方法和边界条件的给定,同时给出了计算实例以及与实测结果的比较。     

摆动筛筛分过程的DEM-PMBK耦合仿真优化与试验

摆动筛广泛应用于谷物分级、清选和种子加工等农业生产活动,筛分过程中筛面存在复杂的平面运动。为探明其筛分机理,以摆动筛和大豆籽粒为研究对象,采用虚—实结合法建立筛面边界模型,提出一种基于离散单元法(DEM)与平面多体运动学(PMBK)的摆动筛耦合模型,对大豆籽粒在筛面上的颗粒流和透筛过程进行数值模拟。仿真结果表明,当颗粒直径达到6.91 mm时,颗粒只能通过三角形筛孔模型,直到颗粒直径达到6.96 mm时,颗粒才能通过圆形筛孔模型。对比仿真试验与实际试验筛下物中不同粒径区间(5.60～7.00 mm)籽粒透筛率沿筛面的分布结果,验证本文提出的虚—实结合法建立的筛面边界模型以及基于DEM-PMBK耦合模型的可行性和准确性,为摆动筛的优化设计及相关研究提供参考依据。     

履带地面力学研究综述

车辆地面力学是研究车辆与地面间力学关系的边缘学科,主要涉及车辆、地面及其相互作用的动力学等方面问题的研究.履带车辆因其具有良好的越野机动性能,在军事领域应用较广泛,所以研究履带-地面相互作用对于提高军事战斗能力具有很大帮助.在广泛查阅资料及项目研究的基础上,综述了履带地面力学研究方法的发展现状.同时结合我国的实际情况,...     

用离散元模拟颗粒堆积问题

颗粒堆积是农业工程中的常见现象。堆积休止角反映了散体颗粒群综合作用的宏观特征,用离散元法研究颗粒堆积问题有助于认识堆积的细观力学机理和评估所采用模型的适用性。为此,用颗粒离散元法模拟了颗粒二维堆积问题,采用有级配的粒度分布的圆球颗粒群分析了颗粒摩擦系数、密度及粒度对堆积休止角的影响。模拟结果表明:在同等条件下,颗粒堆积的休止角随颗粒及底板摩擦系数的增大而增大,随颗粒密度的增大而减小。     

田间土壤力学参数测定方法研究

总结了车辆地面力学研究常用的土壤力学参数检测方法,结合现代农业车辆智能化发展思想,提出了结合车辆动力学参数的在线检测进行土壤力学参数估计的方法。     

旋风分离器颗粒运动规律的数值模拟研究

文章采用数值模拟方法对旋风分离器的内部流场和颗粒运动规律进行了研究,其中气相流场采用雷诺应力模型(RSM),气固两相流场采用离散相模型(DPM)。通过模拟结果,分析了二次流的成因以及入口位置、粒径、二次流对颗粒运动规律的影响。结果表明:旋风分离器内存在四种形式的二次流。入口位置和粒径不同时,颗粒会受到不同的二次流作用,从而呈现出不同的运动情况。入口位置过低,颗粒容易受短路流、纵向涡流和偏心环流的影响。入口位置升高后,颗粒受到纵向涡流的影响较大。入口位置过高,颗粒则受短路流和贴壁环流的影响。细微颗粒受四种二次流的影响均较大,小颗粒主要受纵向涡流和偏心环流的影响,大颗粒受偏心环流和短路流的影响较大。     

溃坝流动无网格SPH法模拟研究

光滑离子流体动力学(SPH)法是一种纯拉格朗日(Lagrange)无网格方法,适于模拟具有瞬时极大变形等物理力学问题。对SPH法的基本原理、核函数及控制方程离散格式、边界处理方法等进行了介绍。在此基础上建立了数值水槽模型,模拟了立面二维溃坝流动问题,将所得结果与模型试验得到的结果进行比较,并对下游不同障碍物挑流与消能进行了初步分析。结果表明SPH法能够捕捉到流体的飞溅及融合现象。