مدل سازي عملكرد تيغه هاي مختلف زيرشكن با استفاده از روش المان‌هاي مجزا

Modeling of different subsoiler tines performance using discrete element method

بر اساس تحقيقات انجام گرفته براي مواد دانه اي مانند خاك، روش عددي المان مجزا از نظر شبيه سازي دقيق تر از ساير روش ها مانند روش هاي تحليلي و المان محدود است. در اين تحقيق عملكرد سه نوع ساقه كج ساق، پاراپلو و مرسوم در دو حالت آزمايشي و مدلسازي مورد ارزيابي قرار گرفت. آزمايش‌ها در انباره خاكي به صورت فاكتوريل بر پايه طرح كاملاً تصادفي با سه تكرار انجام گرفت. فاكتور هاي مورد بررسي سرعت پيشروي و نوع تيغه بودند. سرعت پيشروي در 5 سطح 1، 5/1، 2، 5/2 و  km/h3 و عمق ثابتcm 35 بر روي نيروي مقاوم كششي مورد بررسي قرار گرفت. نتايج تجزيه واريانس و مقايسه ميانگين نشان داد كه سرعت پيشروي و نوع تيغه در سطح احتمال ٪1 تاثير معني داري روي نيروي مقاوم كششي داشتند. بيشترين نيروي مقاوم كششي N 1541 مربوط به تيغه مرسوم در سرعت km/h 3 و كمترين مقدار نيروي مقاوم كششيN  8/294 مربوط به تيغه كج ساق در سرعت  km/h 1 مي باشد. با افزايش سرعت حركت تيغه انرژي پيوندي در واحد زمان، مقدار كار اصطكاكي بين سطح تيغه و ذرات خاك و انرژي جنبشي ذرات افزايش يافته كه اين پارامترها از عوامل موثر در افزايش نيروي كشش مي باشند. در تمامي سرعت ها كمترين نيروي مقاوم كششي مربوط به تيغه كج ساق و بيشترين نيروي مقاوم كششي مربوط به تيغه مرسوم است. ضريب تبيين بالا بين نتايج آزمايشگاهي و مدلسازي (R2=0.9935) نشان مي دهد كه مدل المان مجزا تاثير سرعت پيشروي و نوع تيغه را بر روي نيروي مقاوم كششي به خوبي نشان مي دهد. ميانگين خطاي نسبي مقادير اندازه گيري شده و پيش بيني شده با استفاده از روش المان مجزا 871/6% براي ميانيگن نيروي مقام كششي بدست آمد.

For designing tillage implements it would be better to estimate soil forces exerted to the implements. Many researches showed that numerical method of discrete element method (DEM) is the cheapest and fastest technique for modeling granular material such as soil and especially sandy soil. In this study, paraplow and bentleg tines performance was compared with conventional tine using experimental and numerical methods. Experiments were conducted in a soil bin at Agricultural Machinery department of Urmia University based on factorial experimental design with three replications. Three types of tine at 5 levels of travel speed of 1, 1.5, 2, 2.5, 3 km/h at constant depth of 35 cm were examined. Before modeling to calibrate DEM parameters, soil parameters were calibrated by shear test simulation. Then tine and soil bin with certain dimension were modeled by PFC3D software. Results of analysis of variance and mean comparison showed that tine type and travel speed had significant effect on draft force. Bentleg tine had the lowest draft in comparison to the other tines, while the conventional tine had the highest.