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基于土壤力学模型的深松铲有限元分析与结构优化

作　者: 龚皓晖
导　师: 王霜
学　校: 西华大学
专　业: 机械制造及自动化
关键词: 仿生设计深松铲 ABAQUS 有限元分析结构优化
分类号: S222
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 9次
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内容摘要

耕地作业是农业生产中的一个非常重要的环节，也是消耗机械能最多的环节之一，耕地时克服牵引阻力消耗的能量占田间作业总能量的40%-60%。优化耕作方式，改进机械结构，降低牵引阻力，将有效地降低农机功耗，对我国的机械化农业生产起到积极的推进作用。深松铲是深松机的核心部件，其结构形状对土壤牵引阻力的大小有重要影响，本文针对深松铲结构进行了如下研究：1.基于已有的三面楔力学理论，分别对深松铲的铲刀和铲柄部分进行受力分析。从理论上得到合理的铲刀模型。用Pro/E软件建立了仿生深松铲和机标深松铲的实体模型，以四川土壤为例构建了Drucker-prager弹塑性本构土壤模型。2.从家鼠爪趾和金龟子的仿生学研究入手，优化深松铲的曲线。通过盲人探路优化设计方法，改进深松铲横截面曲线的参数，计算出四川土壤条件以及耕作速度在4.8km/h条件下的最优横截面。3.在有限元软件ABAQUS中进行了深松铲与土壤相互作用的有限元分析，得到各个方向上的牵引阻力和土壤应力。分析表明，仿生深松铲牵引阻力合力比传统的深松铲减少了20.36%，两侧方向受力减少了90%。而且耕作速度对深松功率的影响较低。4.耕作条件对牵引阻力的影响很大，为了一定程度上适应不同耕作条件，依据分析得到的牵引阻力以及猫科动物爪趾伸缩结构，设计了可调整切削角度和深松深度的新型深松铲。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-17
  1.1 课题研究背景和意义  8-9
  1.2 国内外研究现状和发展趋势  9-13
    1.2.1 仿生学发展  9-10
    1.2.2 深松铲的发展  10-13
  1.3 课题来源与研究内容  13
  1.4 技术路线  13-16
    1.4.1 有限元软件 ABAQUS  14-15
    1.4.2 优化设计方法  15-16
  1.5 本章小结  16-17
2 深松铲-土壤模型  17-28
  2.1 深松铲结构分析  17-19
  2.2 深松铲模型受力分析  19-25
    2.2.1 切割作用阻力  19-20
    2.2.2 铲刀剪切破坏土壤及土壤摩擦阻力  20-22
    2.2.3 铲刀带动土壤松碎的牵引阻力  22-23
    2.2.4 曲线铲柄的受力情况  23-25
  2.3 土壤力学模型  25-26
  2.4 本章小结  26-28
3 深松铲仿生结构设计  28-45
  3.1 深松铲铲刀的设计  28-31
  3.2 深松铲铲柄曲线的设计  31-35
  3.3 深松铲铲柄截面的设计  35-43
  3.4 本章小结  43-45
4 深松铲的有限元分析与比较  45-52
  4.1 深松铲及土壤模型建立  45-46
  4.2 分析结果及结论  46-51
  4.3 本章小结  51-52
5 可调深松铲结构设计  52-61
  5.1 可调深松铲仿生结构  53-55
  5.2 铲刀切削角可调整结构  55-58
  5.3 深松深度的调整结构  58-59
  5.4 本章小结  59-61
结论  61-63
参考文献  63-65
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果  65-66
致谢  66-67

基于土壤力学模型的深松铲有限元分析与结构优化

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