基于DEM-MBD耦合的铲板式滚动触土部件作业机理分析与试验

作者：张智泓; 赵亮亮; 赖庆辉^*; 佟金

来源：农业工程学报, 2022, 38(15): 10-20.

• 土壤
• 离散元
• 多体动力学
• 土壤微形貌
• 互作机理

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5.02%、4.59%、4.11%，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。该研究所构建的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。

• 单位
  吉林大学; 昆明理工大学