Применение SPH-метода (Smoothed Particle Hybridization Method) конечных элементов при моделировании процесса взаимодействия шин сверхнизкого давления с почвенно-растительным покровом - Статья
Особенности применения SPH-метода (Smoothed Particle Hybridization Method) для моделирования взаимодействия шин сверхнизкого давления с растительным покровом. Значения ширины шин для средств химизации при работе на почвах с низкой несущей способностью.
Аннотация к работе
34 МЕХАНІКА, ЕНЕРГЕТИКА, ЕКОЛОГІЯ Годжаев, зам. директора, профессор, д-р техн. наук, Всероссийский научно-исследовательский институт механизации сельского хозяйства (ГНУ ВИМ) 1-й Институтский проезд, д. ПРИМЕНЕНИЕ SPH МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ ПРОЦЕССА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ШИН СВЕРХНИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ Приведены результаты теоретических исследований по применению SPH метода конечных элементов для моделирования процессов взаимодействия шин сверхнизкого давления с почвенно-растительным покровом.Это требует разработки специальных моделей для анализа системы «шина - почва - растение», основанных на применении метода конечных элементов. Использование МКЭ позволяет наиболее точно описать процесс взаимодействия высокоэластичной шины с почвенно-растительным покровом, описать контактные давления шины на почву, деформации шины при взаимодействии с почвой и растениями, напряжения в различных уровнях почвенных слоев, исследовать сглаживающую способность шины. Шина представлялась в модели тороидальной поверхностью, способной к деформациям под действие различных внешних сил (нагрузки на колесо со стороны обода, силы со стороны почвы, растительного покрова), а также внутренних сил давления воздуха в колесе. У В И i i i i i где FYIJ и FBIJ - силы упругого и вязкого взаимодействия конечных элементов i и j (жирным шрифтом здесь и ниже выделены векторные величины); N - общее количество элементов в модели шины; F - силы, действующие на элементы от давления воздуха в шине; FИIJK - силы, возникающие изза изгиба поверхности шины. И 4 N где MYO - масса элемента шины; t - время; g - ускорение свободного падения; кзап - коэффициент заполнения шарами-элементами поверхности шины; DЭШ - диаметр конечного элемента шины; P - давление воздуха в шине; {six, siy, siz}-нормальный вектор к поверхности шины в месте нахождения элемента i; G - нагрузка на колесо; ХЦ, ZЦ - координаты центра колеса; DД - диаметр диска колеса; NД-количество элементов, принадлежащих диску колеса.Применение SPH-метода и использование конечных элементов в виде шаров позволило рассмотреть процессы, протекающие в системе «шина - почва - растение». Оптимальным параметрам колесного движителя соответствует диапазон изменения диаметра шины DШ от 1,2 до 1,5 м, и ширины ВШ от 550 до 700 мм. Агротехническая проходимость мобильных энергосредств на почвах с низкой несущей способностью обеспечивается при нагрузке на колесо 2,5 КН, а при нагрузке 4,41 КН - при давлениях воздуха 10-40 КПА. Наибольшая концентрация напряжений от шин сверхнизкого давления имеет место в пахотном слое почвы 0-250 мм, затухание напряжений в этом слое достигают 60%. Проведенные исследования позволили обосновать параметры шин сверхнизкого давления, уровень контактных давлений, полеглость растений, однако напряжено-деформационные нагрузки в шине не были уточнены, что требует дальнейшего рассмотрения.