碎土型犁体曲面作业过程的仿真分析——基于ANSYS／LS—DYNA

土垡视 为 连 续 体 不 发 生 变 形 。 犁 体 曲 面 耕 地 的 过 程
就 是 土 壤 被 剪 切 一 推 移一 抬 高一 挤 压 一 扭 转 ～抛 翻
・
１ ・ ０
２ １ 年 ４月 ０ １
农 机 化 研 究
第 ４期
土 功能 的形 成过 程 。最 后 ， 过 仿 真 结 果 研 究 了 土壤 通 应 力 的变 化趋 势 ， 优 化设 计 犁 体 曲面 开辟 了新 思 路 为 和新 方法 ， 为今 后 犁 体 的优 化 设 计 与研 究 工 作 奠定 也 了基 础 ， 有 重要 的理 论 价值 。 具 参 考文 献 ：
根据 “ 序无 单位 ” 则 ， Ａ Ｓ Ｓ中统一 单 位 系 统 ， 程 原 在 ＮＹ 修 改犁 体 曲面 的单位 ， 用 国际单 位 制 ｍ 采 ｍ—ｋ ｇ—Ｓ 。
１ ３ 碎 土 型犁体 曲面 实体模 型 ．
根 据 实 际耕 翻情 况 ， 使 仿 真 效果 更 逼 近实 际情 并 况 。考 虑仿 真运 算 时 间 ， 土垡 的 高度 定 义 为 ３ ｃ 宽 ０ ｍ，
＝
［ （ ）一ｙ ｎ Ｙｎ Ｄ（ ）＋ｔｎ （ ） Ｄ（ ） ／ａ Ｏ ｎ ａ Ｏ ｎ ｘ ｎ ］ ｔｎ （ ）
现一 个新 菜单 “ Ｎ Ｙ ０ ０ 如 图 ４所 示 。 Ａ Ｓ Ｓ１ ． ”，
图 ４ Ｐ ｏ Ｅ 界 面 的 Ａ Ｓ Ｓ接 口 图不 ｒ／ ＮＹ
Ｆ ｇ ４ Ｐｍ／Ｅ Ｍｅ ｕ ｆ ｒ ＡＮＳ ｎ ｅ ａ ｅ ｇ ａ ｈｉ ｉ． ｎ ｏ ＹＳ ｉ ｔ ｒ ｃ ｒ ｐ ｃ ｆ
２ ２ 建立 几何 仿 真模型 ．
通 过 Ａ Ｓ Ｓ与 Ｐｏ Ｅ的接 口模块 ， 犁 体 曲 面实 ＮＹ ｒ／ 将 体模 型 导入 Ａ Ｓ Ｓ Ｌ Ｎ Ｙ ／ Ｓ—Ｄ Ｎ Ｙ Ａ内 。在 ＰｏＥ 中 ， 采 ｒ ／ 所
用 的犁 体 曲面 的模型 单位 制 是 ｍ —ｋ ｍ ｇ—Ｓ 在 Ａ Ｓ Ｓ ， ＮＹ
度定 义 为 ４ ｃ 长 度 定 义 为 １０ ｍ， 图 ５所 示 。其 ０ ｍ， ０ｃ 如
通 过 Ｍａ Ｃ Ｄ计 算 得 出碎 土 型 犁 体 曲 面 数 学 模 ｔ Ａ ｈ
型 ， ＰｏＥ中建立 曲面 的实 体模 型 ， 用 单 位 为 ｍ 在 ｒ／ 使 ｍ
—
ｎ—ｓ 。将 水平 直 元 线 表达 式输 入 “ 过方 程 建立 基 通
准 曲线 ” 命令 ， 生成 犁 体 曲 面 的各 条 水平 直 元 线 ， 图 如
３ ａ 所示 。使 用 “ 界 混合 （ … ” 令 将 所 有 水 平 （） 边 Ｂ） 命 直元 线 沿 导 曲 线 方 向 扫 描 形 成 混 合 曲 面 ， 后 通 过 然
中， 高度和宽度方 向都分别加大了 ５ ｍ ｃ 。为 防止出现 初 始穿 透现 象 ＿ ， 犁 铧距 离 土 垡 ｌ ｃ 即 把 铧 尖坐 ４将 ｊ Ｏ ｍ，
经 过整 理 ， 到 犁体 曲面元线 表 达式 为 得
＝
Ｚ ｎ （）
在三 维建 模 软 件 Ｐｏ Ｅ ｇｎｅ ， 犁 体 曲 面建 ｒ／ ｎｉｅｒ中 将
立完 成 后 ， 将 曲 面导人 Ａ Ｓ Ｓ软 件 中进 行 有 限元分 需 ＮＹ
＝
Ｙｎ （ ）＝ｙ ｎ Ｄ（ ）＋ｔ ０Ｘ（ ）一ｘ ｎ ］ ａ ［ ｎ ｎ Ｄ（ ）
在 Ｐｏ Ｅ 中生 成 模 型 后 直 接 点击 “ 具 ” 单 下 ｒ／ 工 菜 的子菜 单“ Ｎ Ｙ ｅｍ” 系统 则 会 自动 将 Ａ Ｓ Ｓ软 Ａ Ｓ ＳＧ ｏ ， ＮＹ 件 打开 。 在 Ａ Ｓ Ｓ 中 只 要 将 “ ｌ ” 单 中 的 “ ｏ． ＮＹ Ｐｏ 菜 ｔ Ｖ１
ｕ ｅ 选 项 打开 ， 可 以将 实 体模 型显 示 出来 。 ｍ” 就
２ ３ 仿 真模 型 的动 力学 分析 ．
土壤 一 碎土型犁体 曲面仿真模型系统试验 中， 将
（ ） 水平直元线 ａ （ ） 实体模型 ｂ 图 ３ 犁体 曲面水平直元线和实体模型
Ｆ ｇ ３ Ｓ ｒｉ ｈ ｎ ｒｔｉ ｆＰｌｗ Ｓ ｒａ ｅ ａ ｄ Ｓ ｌ ｄ ｌＥｌｍｅ ｉ． ｔ ｇ ｔＧｅ ｅ ａ ｒ ｏ ｏ ｕ ｆｃ ｎ ｏ ｉ Ｍｏ ｅ ｅ ｎ ａ ｘ ｄ
２１ ０ ４月 １年
ｆＤ（ ） ＝Ｏ ｏ０ （ ）ｉ０ ｘ ｎ Ｏ ｃ ｓ０＋ ｎ ｓｎｏ ｌＤ（ ） ：Ｏ ｉ０ （ ） ＯＯ ｙ ｎ Ｏ ｓ ０一 ｎ Ｃ Ｓ０ ｎ
农 机 化 研 究
第 ４期
２ 仿 真 模 型 系统 的建 立及 验 证
２ １ 犁体 曲面的 输 出 ．
中仍 采用 此单 位 制 ， 则会 造 成 土 壤 一犁体 曲 面仿 真 系 统 的几何 模 型体 积 过大 ， 后 继 仿 真 运算 时 占用 计 算 在 机 内存 大 ， 而 导 致 运 算 速 度 缓 慢 ， 算 时 间 过 长 。 从 计
图 ２ 犁体 曲 面轮 廓
Ｆ ｇ ２ Ｔ ｅ ｃ ｎ ｏ ｒｏ ｌ ｗ ｓ ｒａ ｅ ｉ ． ｈ ｏ ｔｕ ｆ ｐ ｏ ｕ ｆ ｃ
标定 为 （一１ ， ， ） ０ ００ 。
“ 体化 （ …” 令 将 曲 面 生 成 厚 度 为 的 碎 土 型 犁 实 Ｙ） 命 曲面实 体 Ｊ如 图 ３ ｂ 所示 。 ， （）
图 ５ 土 壤 一碎土 型 犁 体 曲面 仿 真 系统 几 何 模 型
Ｆｇ ５ Ｓ ｉ ｉ ． ｏ ｌ—ｂ ｏ ｅ ｌｗ ｕｒ ｃ ｉ ｌ ｔ ｎ ｓ ｓｅ ｇ ｏ ｔ ｃ ｌｍｏ ｅ ｒ ｋ ｎ ｐ ｏ ｓ ｆ ｅ ｓｍｕ ａ ｉ ｙ ｔ ｍ ｅ ｍｅｒ ａ ｄ ｌ ａ ｏ ｉ
Ｘ（ ） ｎ
＝
析 。Ａ Ｓ Ｓ软件 安 装 选 项 中包 含 与 Ｐｏ Ｅ软 件 的接 ＮＹ ｒ／
口模 块 “ ｏ ｎｃｉ ｒＰｏ Ｅ ｇ ｅｒ 。配 置 此 接 口模 Ｃ ｎ ｅｔ ｎｆ ｒ／ ｎ ｉ ｅ” ｏ ｏ ｎ
块后 ， Ｐｏ Ｅ软 件界 面 中“ 具 ” 单 的后 面 就会 出 在 ｒ／ 工 菜