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(Finite element method,FEM)和光滑粒子流体动力学(Smoothedparticle hydrodynamics,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(NSGA-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38 cm,其松土程度为20.83 mm,牵引阻力为8 641 N。

摘要：木薯力学特性参数的研究,对木薯收获机械的设计、动力学仿真、数学模型建立具有重要意义。采用物理试验方法,利用中国科学院长春科新试验仪器研究所生产的WDW3100微机控制电子万能实验机,测定了华南205木薯块根、茎秆物理力学特性参数,且对数据进行了数理统计分析,结果表明,木薯块根可视为一各向同性材料,其平均轴向拉伸强度、轴向压缩强度、径向压缩强度、轴向剪切强度、径向剪切强度、抗弯强度、轴向弹性模量、径向弹性模量分别为:0.34、0.74、0.76、0.22、0.37、2.66、7.23、7.22 MPa;木薯茎秆为一各向异性材料,其平均轴向拉伸强度、轴向压缩强度、径向压缩强度、轴向剪切强度、径向剪切强度、抗弯强度、轴向弹性模量、径向弹性模量分别为:10.23、6.26、1.43、1.86、2.53、10.80、5.24、35.36 MPa。