基于局部建模方法的卧式柔性清土辊性能优化

针对基于整体建模的卧式柔性清土辊性能优化方法存在仿真成本高的问题,该研究提出一种局部预测整体的建模方法,既降低仿真计算量,同时可以对柔性清土辊进行优化设计.首先,提取柔性清土辊的最小结构特征,并基于几何相似性原理构建整体性能预测模型.其次,基于离散元法(Discrete element method,DEM)与多柔性体动力学(multi-flexible-body dynamics,MFBD)耦合仿真技术优化求解最小特征结构的最优作业性能.最后,依据预测模型估算柔性清土辊的整体性能.柔性清土辊的清土率和阻力矩与其刷片数量的线性拟合决定系数分别为0.987和0.99.基于局部建模方法和EDEM-RecurDyn耦合技术建立最小特征结构与土壤互作模型,其接触计算量仅为整体建模方法的8％左右.前进速度、安装角、轴向长度和叶片锥角对最小特征结构和刷片的作业性能影响显著,仿真优化结果分别为0.3 m/s、30°、50 mm和0°.上述条件下最小特征结构的清土率和阻力矩为36.87％、18.91 N·m,单个刷片的清土率和阻力矩为2.80％和2.78 N·m,最小特征结构的物理试验结果与仿真结果的相对误差为3.74％和10.15％,单个刷片的物理试验结果与仿真结果的相对误差为10.36％和9.71％.预测模型估算的柔性清土辊的清土率和阻力矩分别为97.07％和78.68 N·m;物理试验结果与预测模型估算结果的相对误差为7.84％和4.55％;整体建模方法优化结果与局部建模方法优化结果的相对误差为10.66％和6.76％.研究结果为复杂柔性体与散粒体互作建模提供了思路.