采用SPH方法的黏土切削特性分析

S222; 黏土在切削破坏过程中力学特性复杂.为较精确地描述黏土切削破坏过程与预估切削阻力,该研究基于弹塑性力学本构,建立了光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)框架下的黏土剪切破坏模型和Grady-Kipp张拉损伤破坏模型,并进一步将其耦合得到混合破坏模型.为验证该混合破坏模型开展了简单的黏土切削破坏试验,切削破坏变形的试验结果与模拟结果展示了良好的一致性,裂纹发展方向和裂纹形状有着良好的对应关系.在土-切削部件互作模型的基础上,进一步预测了黏土切削破坏过程中切削部件的切削阻力演化过程,并分析了切削深度及切削部件摩擦系数对黏土切削破坏形态...

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Published in农业工程学报 Vol. 39; no. 19; pp. 49 - 57
Main Authors 谭秋亭, 方瀚祯, 杨其锦, 任逸, 高涛, 鲍安红, 胡嫚
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 西南大学工程技术学院,重庆 400715 01.10.2023
Subjects
弹塑性本构
光滑粒子流体动力学
黏土切削
切削阻力
elastic-plastic constitutive
cutting resistance
clay cutting
smoothed particle Hydrodynamics
破坏模型
failure model
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ISSN1002-6819
DOI10.11975/j.issn.1002-6819.202305099

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Summary:S222; 黏土在切削破坏过程中力学特性复杂.为较精确地描述黏土切削破坏过程与预估切削阻力,该研究基于弹塑性力学本构,建立了光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)框架下的黏土剪切破坏模型和Grady-Kipp张拉损伤破坏模型,并进一步将其耦合得到混合破坏模型.为验证该混合破坏模型开展了简单的黏土切削破坏试验,切削破坏变形的试验结果与模拟结果展示了良好的一致性,裂纹发展方向和裂纹形状有着良好的对应关系.在土-切削部件互作模型的基础上,进一步预测了黏土切削破坏过程中切削部件的切削阻力演化过程,并分析了切削深度及切削部件摩擦系数对黏土切削破坏形态和切削阻力的影响.结果表明,切削深度为0.01、0.02和0.03 m时对应的切削阻力峰值分别为7.89、9.90和11.07N,切削阻力随切削深度的增加呈增大趋势.切削部件摩擦系数为0.1时对应的波动平缓后的切削阻力最小,为6.1 N.研究可为优化农业机械刀具的结构参数、运动参数,降低作业功耗,减少切削阻力,实现更好的黏土耕作效果提供参考.
ISSN:1002-6819
DOI:10.11975/j.issn.1002-6819.202305099