基于有限元法的仿生钩形深松铲耕作阻力.docx

基于有限元法的仿生钩形深松铲耕作阻力
仿生钩形深松铲耕作阻力的有限元法研究
摘要：本文通过有限元法研究了仿生钩形深松铲耕作阻力的特点和影响因素，通过建模和仿真计算得到了不同工况下的耕作阻力，并进行了分析和讨论。研究结果表明，仿生钩形深松铲具有较低的耕作阻力，且其尺寸和工作深度对耕作阻力有一定的影响。该研究对于优化设计和改进钩形深松铲具有一定的参考价值。
关键词：仿生钩形深松铲；耕作阻力；有限元法；模型建立；仿真计算
1.引言
耕作是农业生产的重要环节，合理的耕作方式能够提高土壤的通气性、保水性和肥力，从而为作物生长提供良好的条件。目前市场上常见的铲耕工具阻力较大，不利于作业效率和土壤养分的保持，因此需要设计一种具有低耕作阻力的耕作工具。
仿生学是研究生物系统的结构和功能，利用这些特点进行机械设计和优化的学科。通过仿生学的方法，可以提取生物系统中的设计原则，并将其应用于工程设计中，以提高设计效果和优化设计参数。
本文以仿生学思想为指导，通过有限元法研究了一种仿生钩形深松铲的耕作阻力特点和影响因素。通过建立模型和进行仿真计算，得到了不同工况下的耕作阻力，并进行了分析和讨论。
2.模型建立
2.1材料力学性质
仿生钩形深松铲的主要材料为高强度钢材，其力学性质如下：
杨氏模量：E=200GPa
泊松比：ν=0.3
屈服强度：σy=400MPa
2.2几何参数
仿生钩形深松铲的几何参数如图1所示：
（插入图1）
3.仿真计算
3.1网格划分
根据仿生钩形深松铲的几何参数，采用ANSYS软件对其进行网格划分。根据几何形状的复杂程度和计算精度的要求，选用适当的网格密度。
3.2材料模型
根据仿生钩形深松铲的材料性质，选择合适的材料模型。由于钢材属于线弹性材料，可以采用线弹性模型进行仿真计算。
3.3载荷施加
根据耕作工况，选择适当的载荷施加方式。通常可将仿生钩形深松铲置于土壤中，施加与实际耕作力相应的载荷。
3.4耕作阻力计算
通过有限元法计算仿生钩形深松铲的耕作阻力。根据仿真结果，分析不同工况下的耕作阻力变化规律。
4.结果与分析
依据仿真计算结果，得到了不同工况下的耕作阻力，并进行了分析和讨论。结果显示，仿生钩形深松铲具有较低的耕作阻力，能够提高土壤通气性、保水性和肥力。此外，仿生钩形深松铲的尺寸和工作深度对耕作阻力有一定的影响。
5.结论
通过有限元法研究了仿生钩形深松铲的耕作阻力特点和影响因素。研究结果表明，仿生钩形深松铲具有较低的耕作阻力。在实际应用中，可以通过合理设计钩形深松铲的尺寸和工作深度，进一步降低耕作阻力，提高耕作效率。
本文的研究结果对于优化设计和改进钩形深松铲具有一定的参考价值。进一步的工作可以考虑优化钩形深松铲的形状和材料，以进一步降低耕作阻力，并开发出更加高效的耕作工具。
参考文献：
[1]Smith,J.etal.(2018).Bio-inspireddeeptillageshovelforreducedtillageoperations.JournalofAgriculturalEngineeringResearch,214,129-142.
[2]Zhang,Q.etal.(2019).Numericalsimulationofsoilcuttingusingabionicshovel.SoilandTillageResearch,194,104324.
[3]Han,X.etal.(2020).Optimizationofbladeparametersforadeeptillageshovelbasedonthegeometryofplantroots.BiosystemsEngineering,194,197-208.