基于ANSYS/LS-DYNA的果枝修剪过程仿真与试验研究

摘要

【目的】深入研究果枝修剪过程特性及切割机理,为优化修剪机具核心剪切部件、提高电动修剪机切割性能提供参考。【方法】以‘石硖’品种龙眼树枝为试验对象,采用ANSYS/LS-DYNA对树枝切割过程进行有限元仿真,搭建树枝切割试验平台进行切割试验,验证仿真模型的准确性,使用高速摄像机观察树枝切割过程,分析动刀片、树枝、定刀在切割过程中的应力分布及切割机理,确定最大等效应力出现的区域。【结果】实际试验与仿真试验的切割过程都可分为5个阶段:挤压阶段、切入剪切阶段、稳定剪切阶段、剪断阶段、树枝振动阶段,实际切割力略大于仿真值,切割10、15和20 mm直径树枝刀具峰值切割力实际值与仿真值最大相对误差为7.8%,平均相对误差为7.0%,试验和仿真切割力曲线趋势大致相同。切割过程中动刀片、树枝和定刀最大等效应力出现在刀刃、树枝和定刀切口附近,动刀片、定刀最大等效应力均小于刀具材料屈服极限,刀具不会发生失效。【结论】该有限元模型与实际情况基本符合,对修剪机具的设计和改进具有一定的参考价值。