基于DEM-MBD耦合算法的振动深松土壤扰动过程分析

为深入分析振动深松过程中耕层土壤扰动过程，该研究采用离散元法（Discrete Element Method,DEM）与多体动力学（Multi-Body Dynamics,MBD）耦合算法对振动深松作业过程进行仿真分析。采用MBD构建拖拉机-振动深松机-土壤系统仿真模型，利用DEM建立耕作土壤的离散元模型，考虑土壤颗粒的黏性、弹性和塑性，采用非线性粘结弹性塑形（Edinburgh Elasto-Plastic Adhesion,EEPA）接触模型分析振动作用下全方位深松铲对土壤的扰动作用。仿真结果表明：作业过程中土壤扰动分界面与铲尖运动轨迹重合；在入土行程阶段铲尖对土壤扰动形成新月形扰动区域；在振动频率f为5 Hz且前进速度v为0.56 m/s条件下，振动作业阶段土壤颗粒速度呈现出低速0～0.1 m/s、中速0.1～0.3 m/s和高速0.3～0.5 m/s分布，依此将铲尖附近区域划分为过渡区、回填区和扰动区，各个区域随时间周期规律性变化和循环；深松铲在空间范围内对土壤的扰动主要聚集在铲体结构内部，扰动范围取决于全方位深松铲的最大横截面积，通过土槽试验验证了土壤扰动截面轮廓形状与仿真结果具有一致性。研究结果直观呈现了振动深松机对土壤的扰动过程及土壤颗粒的速度分布情况，可为定性解释全方位深松铲对土壤的扰动情况提供参考。