【摘要】：土壤-耕具接觸是農(nóng)業(yè)耕作過程的一個重要研究方向。準(zhǔn)確了解土壤-耕具接觸的力學(xué)行為可以為減小耕作部件切削阻力,降低能源消耗提供理論基礎(chǔ)。多種方法可用于研究土壤-耕具接觸問題,其中主要包括理論分析、試驗分析和數(shù)值模擬三大類。數(shù)值模擬相比理論分析和試驗分析,能節(jié)約時間,節(jié)省人力物力,是分析土壤-耕具接觸問題的一種可靠方法。 本文選擇云南紅壤土為試驗土壤,通過室內(nèi)試驗獲取紅壤土基本物理和力學(xué)性質(zhì)參數(shù),在此基礎(chǔ)上建立了土壤-耕具接觸的擴(kuò)展有限元模型和離散元模型,使用數(shù)值模擬結(jié)合正交試驗設(shè)計方法,研究不同刀具前角、耕作深度和土壤-耕具間摩擦系數(shù)對切削阻力的影響,及切削過程中土壤裂紋的擴(kuò)展形態(tài)。數(shù)值模擬結(jié)果如下： (1)當(dāng)?shù)毒咔敖且欢〞r,隨著耕作深度和土壤-耕具間摩擦系數(shù)的增加,裂紋長度隨之增長且趨于平緩；當(dāng)?shù)毒咔敖呛透魃疃炔蛔?而土壤-耕具間摩擦系數(shù)不同時,裂紋形態(tài)的擴(kuò)展趨勢不同； (2)當(dāng)?shù)毒咔敖菫?0。,耕作深度為0-10cm,土壤-耕具間摩擦系數(shù)為0.45時切削阻力較小,當(dāng)?shù)毒咔敖菫?5。,耕作深度為11-20cm,土壤-耕具間摩擦系數(shù)為0.7時切削阻力較大； 本文所得數(shù)值模擬結(jié)果與已有實驗數(shù)據(jù)基本相符合。通過對不同因素水平下得到的切削裂紋形態(tài)和切削阻力大小進(jìn)行分析,最終得到以下結(jié)論： (1)不同因素水平下土壤切削過程產(chǎn)生的裂紋形態(tài)及切削力大小是不同的； (2)刀具前角、耕作深度及土壤-耕具間摩擦系數(shù)都是影響耕作過程切削阻力大小的因素,而且因素間的交互影響不可忽視； (3)通過正交設(shè)計方差分析結(jié)果顯示,耕作刀具前角是影響耕作過程切削阻力大小的主要因素,其次為前角-摩擦系數(shù)交互作用、耕作深度、土壤-耕具間摩擦系數(shù)和前角-耕深交互作用；通過正交設(shè)計直觀分析結(jié)果顯示,耕作刀具前角是影響耕作過程切削阻力大小的主要因素,其次為前角-摩擦系數(shù)交互作用、土壤-耕具間摩擦系數(shù)、耕作深度和前角-耕深交互作用； (4)通過正交設(shè)計直觀分析結(jié)果顯示,對于前角的影響,前角為15。時對切削阻力的影響最小,而前角為25。時對切削阻力的影響最大；對于耕深的影響,耕深為0-10cm時對切削阻力的影響最小,而耕深為21-30cm時對切削阻力的影響最大；對于摩擦系數(shù)的影響,摩擦系數(shù)為0.6時對切削阻力的影響最小,而摩擦系數(shù)為0.7時對切削阻力的影響最大； (5)通過切削阻力趨勢圖可得,以切削阻力最小為評價指標(biāo)的最優(yōu)方案為前角15°,耕深0-10cm,摩擦系數(shù)0.6； 本文所得結(jié)果可以為土壤-耕具接觸研究的繼續(xù)開展提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)保障。
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：S222

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2637450