木薯种茎精密播种过程中机械碰撞损伤有限元分析

摘要

【目的】明确木薯种茎在播种过程中的碰撞损伤机制，寻求较小损伤的播种方式。【方法】利用三维扫描技术逆向建立木薯种茎的三维模型，通过基于Hyper Mesh和LS-DYNA的种茎碰撞有限元分析，研究播种性能的主要影响因素(跌落高度、振动板安装倾斜角度及振动板振动频率)下种茎碰撞损伤过程，明确不同试验因素水平下种茎种芽-播种部件斜面接触等效应力、种芽-茎秆交接处等效应力、种芽-茎秆交接处应变及种芽-播种部件斜面接触应变变化规律；在单因素试验基础上，通过二次旋转正交组合试验研究，结合非线性多目标优化计算方法，对影响因素进行优化，以验证所建立回归模型的合理性。【结果】当跌落高度为167.83 mm、振动板安装倾斜角度为22.18°、振动频率为66.96 Hz时，种芽-播种部件斜面接触等效应力为32.64 MPa、种芽-茎秆交接处等效应力为17.08 MPa、种芽-茎秆交接处应变为0.094、种芽-播种部件斜面接触应变为1.049，模型预测结果与实际仿真结果相近，证明了回归模型的可靠性。【结论】本研究结果为揭示木薯种茎碰撞机制及播种装置优化等提供了理论依据。

关键词

木薯 / 种茎 / 碰撞损伤 / 有限元分析 / 播种器 / 数值模拟