耕作机具振动减阻非线性动力学机理及其应用研究

振动工况下，耕作部件与土壤间的作用力复杂多变。由于土壤本身性质的复杂性，有关振动减阻非线性动力学机理还未得到充分的揭示。因而关于如何进一步利用振动获得效益方面的研究，还没有具体的措施。针对这一工程实际问题，本项目从振动利用的角度出发，以振动耕作机具为研究对象，采用理论研究和试验研究相结合的方法，建立考虑物料非线性作用力的耕作机具-土壤系统的动力学模型，利用渐近法和数值法进行求解，分析振动参数与阻力的关系，探索振动减阻非线性动力学问题；结合散体动力学和土壤动力学理论，利用离散元法和非线性有限元法，研究土壤与耕作机具间的相互作用，分析振动参数与孔隙比、轴向应力、作用在耕作部件上的横向力、垂直力、牵引阻力等参数的关系，揭示振动减阻非线性动力学机理，研究成果将为农业机械系统结构设计提供理论依据。

本项目以非线性动力学和散体动力学理论为基础，采用理论研究和试验研究相结合的方法，针对耕作机具振动减阻非线性动力学机理问题进行研究，所取得的成果如下：(1)将土壤视为粘弹性材料，根据深松铲对土壤进行切削、提升、再切削，建立了考虑分段土壤作用力的振动深松机-土壤系统的力学模型，由仿真数据与实测数据对比分析，得出了土壤作用力与时间关系曲线较真实地反映了耕作过程中深松铲的受力，证明了该模型的正确性。利用渐近法与数值积分求解该模型，分析了振频、振幅等因素对土壤作用力的影响，揭示了耕作机具振动减阻机理。(2) 建立了考虑土壤作用力的单自由度系统非线性动力学模型，将理论与数值模拟相结合，分析了振动耕作机具非线性动力学特性，得出了激振力在特定值时，系统存在分岔，其运动由周期运动通向混沌，揭示了耕作机具振动减阻非线性动力学机理。(3) 以散体动力学和土壤动力学理论为基础，建立了深松铲-土壤系统的离散元模型，分析了振幅、振频及振动角度与作用在耕作部件上的牵引阻力等参数的关系。 项目执行期间，发表论文8篇，其中EI检索3篇，国际会议1篇；获批实用新型专利2项，申请发明专利1项；培养硕士研究生2名。项目研究成果为振动深松机、马铃薯收获机挖掘部件及农机具松土部件的设计提供了理论依据。