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为了提高车轮牵引性能,改善车辆在松散沙土介质环境的通过能力,该文以善于沙地奔跑的鸵鸟足部关键部位—足趾甲为仿生原型,通过仿生优化轮刺结构,设计出具有高牵引性能的仿生轮刺式沙地刚性轮,并以一种模拟月壤作为试验松散沙土介质材料,采用离散元软件PFC2D?的内置语言FISH和相关命令,建立了适用于非规则结构刚性轮的轮壤相互作用动态模拟系统,并获得试验验证。通过仿生轮刺式刚性轮与模拟月壤相互作用离散元模拟,并与矩形轮刺式刚性轮模拟结果对照,从轮下模拟月壤颗粒细观运动、接触力场、速度场以及车轮挂钩牵引力角度,验证了仿生轮刺式刚性轮具有优越的牵引性能,在车轮滑转率50%的稳定运行状态下,仿生轮刺式刚性轮的牵引性能可提高5.2%左右。该研究为提高刚性轮在松散沙土介质环境中的牵引性能提供了全新设计和研究手段。 相似文献
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为研究轻型地面车辆松软地面通过性能,针对轻载荷条件建立车轮牵引通过性预测模型,该文采用轮上载荷为30~90 N的轻载荷条件,以轮上载荷和轮径度为试验因素,车轮沉陷、挂钩牵引力和牵引效率为试验指标,开展滑转条件下轮壤相互作用试验研究。分析了试验因素对车轮牵引通过性的影响规律,发现载荷因素对试验指标的影响最为显著,显著性检验的置信度达90%。沉陷随着轮径的减小以及轮上载荷和滑转率的增加,车轮沉陷均呈现增加趋势,平均相对增加率分别为14.3%、36.9%和77.4%。挂钩牵引力随着载荷、滑转率和轮径的增加平均提高了约263%、295%和29.71%,牵引效率最大值均值为0.23,对应的滑转率为26.86%。基于传统沉陷模型和轮壤接触应力分布线性化公式,结合车轮土槽试验结果,建立了适合滑转条件的沉陷模型,模型计算值与试验值残差低于3.6 mm,平均相对误差小于6.4%,结果表明该模型能准确预测轻载荷条件下车轮沉陷。该研究为轻型车辆研制、轻载荷条件下车轮牵引通过性评估提供了参考。 相似文献
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轮胎-土壤相互作用研究是非道路车辆地面力学发展的重要基础,其中轮胎-土壤试验技术和轮胎建模方法对非道路车辆驱动系统设计、驱动算法开发以及整车牵引性能评估均具有重要意义。为明确非道路车辆轮胎-土壤相互作用研究中轮胎建模方法与试验技术的未来发展方向,该研究首先概述了国内外轮胎-土壤相互作用研究中所涉及的核心试验技术,包括土壤力学性能试验和室内单轮土槽试验,然后重点总结了轮胎-土壤相互作用的轮胎模型建立方法,将现有轮胎建模方法归纳为经验建模、数值建模和半经验建模,剖析比较了三种建模方法的优缺点和适用场景,并就每种建模方法列举了若干应用实例。最后,结合智能传感、智能测量、机器学习、整车协同等先进领域最新进展,提出了轮胎-土壤相互作用下轮胎建模方法和试验技术的未来研究重点与发展方向,以期为非道路车辆轮胎-土壤相互作用研究提供理论依据和技术参考。 相似文献
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耙压式除草轮与水田土壤作用的流固耦合仿真分析及验证 总被引：2，自引：5，他引：2
为探明水稻机械除草过程中,除草轮的工作阻力大小变化及水田土壤的动态行为,该文利用ANSYS软件的显式动力分析模块LS-DYNA对耙压式除草轮在水田环境下的作业过程进行仿真分析。采用ALE(Arbitrary Lagrange-Euler)多物质耦合算法建立了土壤-水两物质耦合有限元模型;运用流固耦合算法分析除草轮与土壤-水模型的相互作用过程。采用有交互作用的正交试验方法选取土壤种类、水层厚度和除草轮旋转速度3个因素进行仿真试验分析,得到各因素及其一级交互作用对除草轮和土壤-水模型的耦合应力和土壤扰动率的影响规律。利用多目标优化设计方法综合评判仿真试验结果,综合评分结果表明,在不同的土壤工作环境下,除草轮在水层厚度为60mm、转速为160r/min的作业条件下均可获得较优的工作性能。影响除草轮和土壤-水模型耦合应力的因素主次顺序为:土壤种类水层厚度土壤种类×水层厚度土壤种类×除草轮转速除草轮转速水层厚度×除草轮转速。影响土壤扰动率的因素主次顺序为:土壤种类除草轮转速土壤种类×水层厚度土壤种类×除草轮转速水层厚度水层厚度×除草轮转速。为验证仿真结果,进行了田间试验和土槽试验,根据仿真所得耦合应力值推导出除草轮所受土壤反作用力扭矩值,与田间实测值相对误差为8.84%;仿真所得土壤扰动率与土槽试验实测值相对误差为9.86%;仿真所得综合评分结果与试验综合评分结果相对误差为7.02%。仿真分析结果可为轻简式水稻除草机应用在不同稻区的田间作业参数提供参考。 相似文献
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为保证月面采样任务顺利实施,该文以钻取采样的JLU5系列模拟月壤(JLU5-1、JLU5-2和JLU5-3,探月工程内场试验采用)为对象,利用振实装置进行高密实度模拟月壤整备,开展不同密实度条件下(相对密度为0.85、0.9、0.95和0.99)模拟月壤剪切和贯入特性力学试验,分析了相对密度对剪切强度、内聚力、内摩擦角、圆锥指数和圆锥指数梯度的影响规律。试验结果表明,剪切强度和内聚力随相对密度增加总体呈现增加规律,平均变化率分别为11.1%和35.8%;3种模拟月壤内摩擦角随相对密度增加无明显变化趋势,范围为53.3o～67.7o;圆锥指数和圆锥指数梯度随相对密度增加而增加,且圆锥指数和圆锥指数梯度平均变化率较剪切强度和内聚力的大;相同试验条件下,颗粒较细的JLU5-3型模拟月壤较JLU5-1和JLU5-2具有更大的剪切强度、内聚力和圆锥指数,JLU5-2内摩擦角总体上较JLU5-1和JLU5-3的小。利用EDEM软件建立贯入特性试验数值模型,仿真结果表明:不同模拟月壤圆锥指数仿真值总体小于实际试验值,且随相对密度变化规律一致,建立了仿真与试验值线性关系。研究结果可为采样任务顺利实施、钻取机构优化设计、采样触月部件与月壤相互作用力学模型建立提供参考。 相似文献
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越沙步行轮仿生设计及动力学性能仿真 总被引：1，自引：0，他引：1
为提高车轮在沙土介质环境的通过性能,基于鸵鸟足趾结构形貌与运动方式,设计出一种仿生越沙步行轮。该步行轮通过轮脚中的定立柱和动滑块相互配合实现对轮下沙土的限流紧固功能,同时自适应带动轮刺机构进入附着牵引工作状态与离沙减扰非工作状态。采用多刚体动力学分析软件,预测了仿生越沙步行轮轮腿各部件之间的活动范围和干涉情况。采用离散元软件,分析了轮脚底面/沙土相互作用关系,验证了该仿生越沙步行轮具有良好的固沙限流、牵引附着性的特点。该研究为提高松软地面中步行机构的通过性能提供了参考。 相似文献
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马铃薯挖掘铲计算机辅助分析与模拟试验研究 总被引：2，自引：3，他引：2
针对马铃薯挖掘铲工作阻力大这一难题，采用参数化特征造型软件Inventor进行挖掘铲虚拟设计，基于土壤与铲体作用动力学分析，建立了挖掘铲牵引阻力数学模型。通过计算机辅助分析(Computer Aided Analysis，CAA)手段，使用Visual Basic语言编程实现了挖掘铲牵引阻力与前进速度、铲面倾角、挖掘深度、工作幅宽等主要影响因素的模拟试验，最终确定了挖掘铲设计参数，并在虚拟装配体中进行参数调整改进模型。土槽台架试验结果与计算机模拟试验结果基本吻合，验证了CAA过程和模拟试验的有效性，田间收获试验结果显示马铃薯收获质量达到了设计要求，验证了挖掘铲几何参数的合理性。研究结果为其它农机具研究设计提供了一种参考。 相似文献
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植物侧根对土壤牵引效应的计算机仿真 总被引：3，自引：1，他引：3
植物侧根对土壤增强和斜坡稳定具有重要作用，探讨根土作用的机械效应，建立侧根对土壤牵引效应模型为定量分析植被生态护坡奠定了基础。但多侧根对土壤的牵引效应较复杂且难于分析求解，使计算机仿真成为有效研究方法。该文分析了多侧根对土壤牵引效应的力学过程，建立了可用于计算机仿真的多侧根土壤牵引效应模型，并以MATLAB为工具，建立了仿真系统。通过计算机仿真，为复杂的多侧根土壤牵引效应的分析提供仿真平台，不仅可以求解计算模型，而且还能通过改变模型的输入变量和模型参数对模型的系统行为进行观察和预测。最后，以云南松侧根为例进行了仿真和试验测试，结果表明仿真模型具有一定的精度，所建立的仿真系统是有效的。 相似文献
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为了解决旋转式土槽试验台的槽体和槽内土壤质量较大带来速度不容易控制和调节的问题,建立轮胎摩擦驱动的旋转式土槽试验台的数学模型。根据旋转式土槽交流伺服驱动器的特点设计了模糊控制器,对模糊控制进行优化并进行MATLAB仿真、对比。当交流伺服驱动器初始输入转速为300 r/min时,优化前后土槽在模糊控制策略下输出转速最终都稳定在3 r/min;优化后模糊控制下的土槽输出转速超调量小,最大转速为3.4 r/min,比优化前的3.7减小0.3 r/min,土槽输出转速稳定在3 r/min的时间由优化前的9.0减少到8.0 s,后期无振荡。试验结果表明:当旋转式土槽交流伺服驱动器输入转速320 r/min时,土槽运行稳定性误差由模糊控制的0.034降低到优化模糊控制的0.029,土槽从启动到进入稳定运行的时间由10.1缩短到7.9 s。该研究可提升后续利用该种试验台进行移栽和播种等农业机械试验的精度。 相似文献
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葡萄藤防寒土与清土部件相互作用的离散元仿真参数标定 总被引：9，自引：8，他引：1
为系统地研究中国北方地区沙壤土质地的葡萄藤防寒土及其与清土机清土部件常用材料(Q235钢、橡胶)相互作用的离散元仿真参数,以构建准确的土壤离散元仿真模型,该文选用整合延迟弹性模型(hysteretic spring contact model,HSCM)和线性粘附模型(liner cohesion model,LCM)作为土壤颗粒间的接触模型;基于土壤堆积试验,以土壤颗粒间恢复系数、静摩擦系数、滚动摩擦系数和土壤粘附能量密度为因素,以土壤堆积角为指标,利用EDEM进行通用旋转中心组合模拟试验,采用Design-Expert软件对试验数据进行回归分析,以实测的土壤堆积角作为优化目标值,获得土壤颗粒间的最佳接触参数组合;利用土壤屈服试验获得HSCM模型参数;基于斜面滑动法原理,利用倾斜板试验台测得土壤与Q235钢和橡胶之间的静摩擦系数,并以此为基础,采用土壤滑落试验,以滑动摩擦角为响应值,对土壤颗粒与Q235钢和橡胶之间的恢复系数和滚动摩擦系数进行寻优,得到最优解参数组合。为验证标定优化的离散元模型参数的准确性,采用刮土板土槽试验和仿真试验进行对比分析,获得刮土板在土槽试验和仿真试验中的水平前进阻力分别为228.36 N和213.79 N,两者之间的相对误差为6.38%,表明仿真模型中土壤的物理力学特性与实际土壤基本一致,验证了葡萄藤防寒土离散元仿真参数标定结果和研究方法准确可靠。研究结果可为基于离散元法研制适用于北方地区沙壤土质地的葡萄藤防寒土清土机提供理论基础和技术支撑。 相似文献
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凸齿镇压器与土壤相互作用的三维动态有限元分析 总被引：5，自引：4，他引：1
为分析凸齿镇压器与土壤的相互作用、预测不同的作业参数对凸齿镇压器作业效果的影响,该文利用有限元方法,在Abaqus软件中建立了凸齿镇压器与土壤相互作用的三维动态有限元模型。该模型在分析过程中使用任意拉格朗日-欧拉方法对网格进行自适应划分,以解决土体局部变形引起单元畸变而导致分析中断的问题。根据凸齿镇压器的2种工作模式,对模型设置不同的边界条件,探讨不同载荷对凸齿镇压器沉降量和所需牵引力的影响以及不同沉降量对所需载荷及牵引力的影响。搭建了基于室内土槽的凸齿镇压器牵引试验平台,通过土槽试验对有限元分析结果的有效性进行验证。结果表明,有限元求解的牵引力与实测值相对误差为3.4%,并且有限元分析模型运行结果能准确反映土壤的形貌变化特征;任意拉格朗日-欧拉方法有效解决了单元扭曲导致分析不收敛的问题;在恒定速度下,凸齿镇压器的沉降量和所需水平牵引力随着载荷的增大而增大,同样,沉降量的增大导致了所需载荷和牵引力的增加。该三维有限元模型可用于预测凸齿镇压器工作过程中的所需牵引力和土壤表面微形貌加工的作业效果,可为探索凸齿镇压器与土壤相互作用的机理,对凸齿形状进行改良与优化、以及作业条件与参数的选择提供参考依据。 相似文献
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基于堆积试验的黏壤土仿真物理参数标定 总被引：13，自引：11，他引：2
为获取南方黏壤土的离散元仿真模型精准接触参数,构建土壤离散元仿真模型,基于土壤堆积试验,结合试验测定和EDEM软件推荐的参数构建土壤仿真模型,以休止角为响应值,采用Design Expert软件依次设计Plackett-Burman试验、最陡爬坡试验和Box-Behnken试验完成土壤仿真物理参数标定及优化。进一步通过成穴装置成穴的仿真试验与土槽试验的对比分析,验证黏壤土仿真模型的精准性。成穴试验的仿真与土槽试验结果表明,装置在仿真土壤中运动规律与土槽试验中差异较小,成型穴孔的开口纵长和有效深度的误差分别为3.98%和1.87%,模拟仿真土壤的物理力学特性与实际土壤一致,表明黏壤土的离散元仿真参数系统标定研究的方法准确可行。研究构建了南方黏壤土精准的离散元仿真模型,为该类型土壤与触土部件相互作用的动力学研究提供技术支持。 相似文献
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为获取适用于海南热区砖红壤与触土部件相互作用的离散元仿真模型参数,该文利用EDEM仿真软件中Hertz-Mindlin with JKR接触模型对海南地区砖红壤进行相关模型参数标定,首先以含水率为7.8%、实际休止角为32.35°的砖红壤为研究对象,以物理试验获取的砖红壤-砖红壤、砖红壤-触土部件间恢复系数、静摩擦系数及滚动摩擦系数为标定对象,应用Plackett-Burman设计试验筛选出对休止角有显著影响的参数:即砖红壤-砖红壤滚动摩擦系数、JKR表面能、砖红壤-28MnB5板滚动摩擦系数、砖红壤-砖红壤恢复系数。进一步以砖红壤颗粒休止角为响应值,基于Box-Behnken设计试验得到休止角与显著性参数的二阶回归模型,并以实际休止角为目标,针对显著性参数进行寻优,得到最佳组合:砖红壤-砖红壤滚动摩擦系数为0.07、砖红壤-28MnB5板滚动摩擦系数为0.24、砖红壤-砖红壤恢复系数为0.4、JKR表面能为4.31J/m^2。最后在标定的参数下进行休止角与破土阻力离散元仿真验证试验,对比计算得出仿真休止角与实测休止角相对误差为0.62%,仿真破土阻力与实测破土阻力相对误差为3.43%,并通过对比分析两次试验中破土阻力变化曲线的拟合情况,得出两曲线间的可决系数R2=0.993 9,均方根误差RMSE=0.017 7,该结果表明标定所得相关参数可用作海南热区砖红壤离散元仿真。 相似文献
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土壤消毒领域经过多年发展,已经形成较为成熟的应用市场。针对化学、生物等传统消毒方式已经不能满足目前土壤消毒多元需求的问题,该文聚焦现代土壤消毒的应用需求,较为明确的分析了传统消毒方式的显著效果及典型缺陷,基于现有研究基础,探索性的提出将射频制热消毒技术应用到土壤消毒领域并研制对应装备的设想。首先,综合归纳了射频制热系统的组成、分类及制热性能影响因素,并分析了射频制热不均性的基本原因;其次,梳理总结了射频制热技术在工业、医疗、纺织轻工业、林业产品加工、农副产品加工等领域的应用现状,并针对农副产品的消毒杀菌、干燥解冻等加工的发展历程进行了重点概述;再次,基于搭建的射频制热试验平台进行的土壤制热试验表明:电极结构形式对土壤制热性能的影响明显,是制热不均匀的显著影响因素;此外,结合学者的研究及土壤制热试验,从射频制热系统自身制热机理、土壤自身受热特性、物料与射频的匹配等角度深入分析了射频这种物理制方式的应用缺点,根本原因及改进方法,提出了改善土壤射频制热均匀性的建议;最后,针对未来土壤消毒领域的应用提出了田间土壤、有机质土壤射频消毒装备分开设计的思路,并基于对射频制热在其他领域应用缺陷的认知,分别提出了更合适射频制热电极结构形式与受热物料的匹配方案。该文论述可为土壤射频消毒应用领域的装备研发提供一定借鉴。 相似文献
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为探索土壤微形貌加工过程中从动型铲板式触土部件与土壤的互作机理,该研究基于离散元法（Discrete Element Method, DEM）与多体动力学（Multi-Body Dynamics, MBD）耦合算法建立铲板式滚动触土部件与土壤互作的离散元模型。通过EDEM-RecurDyn联合仿真探索滚动部件作业机理,以机具作业速度（0.6、1.0和1.4 m/s）为影响因素,求解机具作业所需水平牵引力与土壤微坑容积,并通过开展台架试验评价仿真模型准确性。耦合仿真结果表明：随机具作业速度的上升,x向水平牵引力和z向垂直力不断变大;机具在不同速度作业下的土壤表面形成的微坑容积分别为3 310.91、3 325.96和3 384.47 mL;根据土壤压缩力、颗粒流向及动能变化,阐释了铲板式滚动触土部件作业过程中土壤微形貌的形成机理。将台架试验与仿真求解结果进行对比,x方向水平牵引力相对误差分别为5.01%、4.58%、4.10%,土壤表面微坑容积误差分别为6.23%、7.09%、5.64%,各作业速度下仿真模型具有较好的准确性。该文所构DEM-MBD耦合模型可为探明铲板式滚动触土部件与土壤互作机理、机具几何结构优化、以及作业参数选择提供理论依据和技术参考。 相似文献
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深松旋耕碎土联合整地机设计与试验 总被引：3，自引：2，他引：1
为减少耕作阻力、改善土壤耕层结构、提高碎土率,该文对联合整地机的深松部件、碎土机构进行设计,设计了入土角度可控的自激振动深松铲,并建立了自激振动深松铲的运动学模型和力学模型,确定弹簧行程为15mm、负载为7 500～15 000 N,并确定了弹簧的结构参数。设计了具有二次碎土功能的笼状碎土辊,并依据农艺要求确定了其结构参数。通过室内土槽试验,验证了自激振动深松铲的减阻效果和耕作质量,并对整机的作业质量进行了田间测试。土槽试验结果表明:与对照相比,自激振动深松铲平均减阻9.22%,土壤蓬松度和土壤扰动系数分别为26.16%和77.21%,减阻效果明显,作业效果较好。田间试验结果表明:联合整地机的深松深度稳定系数、旋耕深度稳定系数、地表平整度和植被覆盖率分别为94.92%、92.50%、1.17 cm和93.36%;笼状碎土辊在整个试验过程中未出现土壤粘附和拥堵现象,碎土率为84.18%,加装普通齿状碎土辊机具的碎土率为71.41%,笼状碎土辊的碎土率提高了12.77个百分点,碎土效果明显改善。深松旋耕碎土联合整地机减阻效果明显、整地质量好,可有效改善土壤的耕层结构,降低土壤容重,提高蓄水保墒能力。 相似文献