مدلسازی برهم کنش خاک و تیغه ارتعاشی با استفاده از روش المان های گسسته

برهم کنش بین خاک-ماشین چالشی اساسی برای محققان، توسعه دهنده گان، سازندگان و طراحان ماشین های کشاورزی است. مدلسازی ادوات شخم زنی کاری اساسی در مهندسی است. هرچند که مدلسازی برهم کنش های بین خاک-ماشین به علت تغییرات سه بعدی خاک، رفتارغیرخطی خاک، پدیده برخورد و جریان پذیری خاک منطقه فصل مشترک (ارتباط) بین خاک و ادوات و تاثیرات دینامیکی فرآیندی پیچیده است. شبیه سازی صحیح بر هم کنش بین خاک-ادوات کلید اساسی برای این بهینه سازی است و ممکن است نیاز به تست های مزرعه ای زیاد با هزینه های گران را حذف کند و همچنین زمان توسعه و تایید مدل(نمونه) پیشنهاد شده برای ساخت را کاهش دهد. هدف این پژوهش توسعه مدل سه بعدی یک زیرشکن ارتعاشی با استفاده از روش المان های گسسته ، شبیه سازی تاثیر فرکانس و زوایای مختلف ارتعاشی بر عملکرد زیرشکن و تعیین پارامترهای تاثیر گذار بر نتایج شبیه سازی بود. برای مدلسازی توده ی خاک به عنوان یک ماده ی گرانوله ای، از برنامه ی رایانه ای pfc3d استفاده شده است. تیغه تحت سرعت زاویه ای و انتقالی در جهت مثبت محور x در داخل سویل بین به حرکت در آمد. برای تیغه غیر ارتعاشی تنها سرعت انتقالی و برای تیغه ارتعاشی علاوه بر سرعت انتقالی، سرعت زاویه ای نیز تعریف شده بود. عمق کاری تیغه زیرشکن 38سانتی متر و سرعت انتقالی 0/89 متربرثانیه انتخاب شده بود. برای بررسی تاثیر فرکانس بر عملکرد زیرشکن، از فرکانس های 1/94، 3/3، 4/9، 6 و 8/8 هرتز در دامنه69 ±میلی متر و زاویه ارتعاشی 27 درجه برای شبیه سازی استفاده شدند، همچنین برای بررسی تاثیر زاویه ارتعاش بر عملکرد زیرشکن از زوایای ارتعاشی 27، 16، 8، صفر، -14/5 و -22/5درجه در فرکانس 4/9هرتز و دامنه69 ± استفاده گردید. در همه تست های ارتعاشی نسبت به تست غیرارتعاشی، با افزایش فرکانس میزان کار مرزی، انرژی جنبشی و کار اصطکاکی روندی افزایشی داشتند، ولی با افزایش فرکانس میانگین انرژی پیوندی روندی کاهشی نشان داد. با افزایش زاویه ارتعاشی(مثبت و منفی)، میزان جابجایی عمودی تیغه در یک سیکل افزایش می یابد و در نتیجه حرکت بالاروی تیغه باعث گسیختگی بیشتر خاک می گردد. با توجه به نتایج شبیه سازی، میزان کار مرزی، انرژی جنبشی و کار اصطکاکی در زوایای ارتعاشی مثبت بیشتر از زوایای ارتعاشی منفی بود و با افزایش بیشتر در زوایای منفی کارمرزی و اصطکاکی کاهش بیشتری داشت. با تغییر زاویه از -22/5به 27 درجه میانگین انرژی پیوندی ذرات کاهش یافت.