(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211051562.X (22)申请日 2022.08.31 (71)申请人 四川工程职业 技术学院 地址 618000 四川省德阳市泰山 南路二段 801号 (72)发明人 朱留宪　孙勇　黄娟　冷真龙　 (74)专利代理 机构 成都九鼎天元知识产权代理 有限公司 51214 专利代理师 古波 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 30/25(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于FE-SPG的微耕机旋耕刀切削土壤 过程分析方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于FE ‑SPG的微耕机旋 耕刀切削土壤过程分析方法， 涉及农业技术领 域。 本方法包括以下步骤： 步骤1、 根据微耕机耕 作土壤要求， 建立旋耕刀和土壤几何模型； 步骤 2、 建立旋耕刀和土壤的FE模型， 并将土壤FE模型 离散为SPG粒子模型； 步骤3、 预先确定计算旋耕 刀切削土壤过程需要采用的数值计算技术， 设定 计算时间以及时间步长； 步骤4、 建立旋耕刀 ‑土 壤切削计算模型耦合接触作用； 步骤5、 设定旋耕 刀切削土壤运动参数， 设置计算结果输出选项， 提交计算文件进行计算， 获得计算数值。 能够分 析微耕机旋耕刀切削土壤全过程的运动学及力 学行为， 解决了微耕机旋耕刀切削土壤 分析过程 中的网格畸变问题。 权利要求书1页 说明书6页 附图10页 CN 115544679 A 2022.12.30 CN 115544679 A 1.一种基于FE ‑SPG的微耕机旋耕刀切削土壤过程分析方法， 其特征在于： 包括以下步 骤： 步骤1、 根据微耕机耕作土壤要求， 建立旋耕刀和土壤几何模型； 步骤2、 建立旋耕刀和土壤的FE模型， 并将土壤FE模型离 散为SPG粒子模型； 步骤3、 预先确定计算旋耕刀切削土壤过程需要采用的数值计算技术， 设定计算时间以 及时间步长； 步骤4、 建立旋耕刀 ‑土壤切削计算模型耦合接触作用； 步骤5、 设定旋耕刀切削土壤运动参数， 设置计算结果输出选项， 提交计算文件进行计 算， 获得计算数值结果。 2.如权利要求1所述的基于FE ‑SPG的微耕机旋耕刀切削土壤过程分析方法， 其特征在 于： 还包括以下步骤： 步骤6、 获取旋耕刀切削土壤过程的运动学 特征以及力学 特性。 3.如权利要求1所述的基于FE ‑SPG的微耕机旋耕刀切削土壤过程分析方法， 其特征在 于： 还包括以下步骤： 步骤6、 获取旋耕刀切削土壤 状态和耕作效果。 4.如权利要求1所述的基于FE ‑SPG的微耕机旋耕刀切削土壤过程分析方法， 其特征在 于： 还包括以下步骤： 步骤6、 获取旋耕刀切削土壤扭矩、 切削力以及能量消耗 参数。 5.如权利要求1所述的基于FE ‑SPG的微耕机旋耕刀切削土壤过程分析方法， 其特征在 于： 还包括以下步骤： 步骤6、 获取土壤 应力、 应变力学参数。 6.如权利要求1所述的基于FE ‑SPG的微耕机旋耕刀切削土壤过程分析方法， 其特征在 于： 所述步骤2还包括设定 旋耕刀为刚体， 土壤为非线性弹 塑性本构模型。 7.如权利要求1所述的基于FE ‑SPG的微耕机旋耕刀切削土壤过程分析方法， 其特征在 于： 所述步骤3中的数值计算处理技术包括FE ‑SPG模型建立方法、 接触边界计算方法、 边界 约束计算方法、 时间积分方法。 8.如权利要求1所述的基于FE ‑SPG的微耕机旋耕刀切削土壤过程分析方法， 其特征在 于： 所述步骤4还包括设置内部结构接触参数。 9.如权利要求1所述的基于FE ‑SPG的微耕机旋耕刀切削土壤过程分析方法， 其特征在 于： 所述步骤4中旋耕刀与土壤的接触为自动点面接触， 旋耕刀设定为主接触面， 土壤设定 为从接触面。 10.如权利要求1所述的基于FE ‑SPG的微耕机旋耕刀切削土壤过程分析方法， 其特征在 于： 所述步骤5中的旋耕刀切削土壤运动参数包括旋转速度、 前进速度、 耕作深度。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115544679 A 2一种基于FE ‑SPG的微耕机 旋耕刀切削土壤过 程分析方 法 技术领域 [0001]本发明涉及农业技术领域， 尤其是一种基于FE ‑SPG的微耕机旋耕刀切削土壤过程 分析方法。 背景技术 [0002]丘陵、 山地和高原约占亚洲地形总面积的3/4， 丘陵、 山地和高原约占我国耕地总 面积的69.3％， 由于丘陵、 山地和高原 地势崎岖不平， 存在着坡度、 高度差等问题， 大型农业 机械不便开展机械化耕作。 微耕机由于体积小、 重量轻、 使用灵活等特点， 在丘陵、 小坡度、 温室大棚以及小面积田块得到 了广泛应用。 [0003]旋耕刀作为微耕机的耕作部件， 其结构形 式和切削土壤参数直接影响到微耕机的 耕作性能。 随着计算机以及商业数值模拟软件的发展， 计算机数值模拟方法(如有限元方 法)在分析微耕机旋耕刀土壤切削过程研究中得到了大量应用。 但由于在微耕机旋耕刀切 削土壤过程中存在着大变形、 单元破碎等非线性力学行为， 传统的数值计算方法在求解计 算过程中由于网格畸变导致求解 失败， 因而 无法获得旋耕刀切削过程的运动学特征以及力 学特性。 发明内容 [0004]本发明的发明目的在于： 针对上述存在的问题， 提供一种基于FE ‑SPG的微耕机旋 耕刀切削土壤过程分析方法， 该方法解决了微耕机旋耕刀切削土壤分析过程中的网格畸变 问题， 能够定性评估微耕机旋耕刀切削土壤性能和效果， 定量分析微耕机旋耕刀切削土壤 过程的运动学特征以及力学特性； 还能够为优化微耕机旋耕刀切削土壤参数以及设计微耕 机耕作部件提供理论依据。 [0005]本发明采用的技 术方案如下： [0006]一种基于FE ‑SPG的微耕机 旋耕刀切削土壤过程分析 方法， 包括以下步骤： [0007]步骤1、 根据微耕机耕作土壤要求， 建立旋耕刀和土壤几何模型； [0008]步骤2、 建立旋耕刀和土壤的FE模型， 并将土壤FE模型离 散为SPG粒子模型； [0009]步骤3、 预先确定计算旋耕刀切削土壤过程需要采用的数值计算技术， 设定计算时 间以及时间步长； [0010]步骤4、 建立旋耕刀 ‑土壤切削计算模型耦合接触作用； [0011]步骤5、 设定旋耕刀切 削土壤运动参数， 设置计算结果输出选项， 提交计算文件进 行计算， 获得计算数值结果。 [0012]可供选择的， 还包括以下步骤： 步骤6、 获取旋耕刀切削土壤过程的运动学特征以 及力学特性。 [0013]可供选择的， 还 包括以下步骤： 步骤6、 获取旋耕刀切削土壤 状态和耕作效果。 [0014]可供选择的， 还包括以下步骤： 步骤6、 获取旋耕刀切削土壤扭矩、 切削力以及能量 消耗参数。说　明　书 1/6 页 3 CN 115544679 A 3