种植于红粘土的木薯块根挖掘作业数值模拟.pdfVIP

学兔兔 第49卷第 9期 机 械 工 程 学 报 VO1．49 NO．9 2013年 5月 JOURNALOFMECHANICALENGINEERING May 2013 DoI：10．3901／JME．2013．09．135 种植于红粘土的木薯块根挖掘作业数值模拟木 杨 望 杨 坚 贾丰云 王秋羽 黄亦其 f广西大学机械工程学院 南宁 530004) 摘要：针对种植于红粘土的木薯块根挖掘作业，采用有限元法(Finiteelementmehtod，FEM)和光滑粒子流体动力学(Smoohted particlehydrodynamics，SPH)的耦合算法及修正的莫尔。库仑屈服准则，建立木薯块根挖掘作业耦合计算模型，并进行物理试 验验证。利用该计算模型对挖掘松土过程进行数值模拟，在细观上研究挖掘铲的松土机理和块根的变形过程。采用二次回归 通用旋转设计方法和带精英策略的快速非支配排序遗传算法 SGA．II)，研究挖掘铲结构参数交互作用对牵引阻力、松土效 果和块根最大有效应力的影响规律及对挖掘铲结构参数进行优化。结果表明，所建立的耦合计算模型适用于挖掘作业时土壤 产生大变形的数值模拟研究。土壤被铲尖抬起，产生弯折、剪切破裂是土壤疏松的主要原因；在挖掘松土过程中，块根受土 壤挤压产生弯曲变形。大的入土角和小的翼张角组合、大的入土角和大的铲宽组合、大的铲宽和小的翼张角组合，松土程度 大，但小的入土角和小的铲宽组合、大的翼张角和小的铲宽组合，牵引阻力小，且大的翼张角和小的铲宽组合，块根最大有 效应力小：挖掘铲结构参数的优组合如下：入土角为28。，翼张角为64。，铲宽为38cm，其松土程度为20．83inln，牵引阻 力为 8641N。 关键词：木薯块根 挖掘铲 数值模拟 机理 影响 参数优化 中图分类号：$225 NumericalSimulationofDiggingOperationofCassavaRoot PlantedinRedClay YANGWang YANGJian JIAFengyun WANGQiuyu HUANGYiqi (CollegeofMechanicalEngineering，GuangxiUniversity,Nanning530004) Abstract：Inview ofdiggingoperationofcassavarootsplantedinredclay,acouplingcalculationmodelisdevelopedtocarryout numericalsimulationoflooseningsoilnadtheprecisionofhtecouplingcalculationmodelisverifiedbyphysicalexperiment． ModifiedMohr-Coulombyieldcriterion，andthecouplingalgorihtm offiniteelementmehtod(FEM)nadsmoohtedparticle hyrdodynamics(SPH)areappliedinthecouplingcalculationmode1．Basedonhtenmu ericalsimulation，looseningsoilmechanismof htediggingshovelanddeformationofcassavarootsarestudiedatmicroleve1．Byusingquardaticregressiongeneralrotarydesign mehtodnadnon-dominatedsortinggenericalgorithm (NSGA-II)，theinfluenceofinteractivee