基于ANSYS_LS_DYNA的甘蔗切割动力学仿真分析

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ansys中LS-DYNA2D金属切削模拟步骤

ansys中LS-DYNA2D金属切削模拟步骤在ANSYS Launcher界面中，选择ANSYS Mechanical/LS-DYNA1、菜单过滤Main Menu→Preprocessor→LD-DYNA Explicit→OK2、设置文件名及分析标题Utility Menu→File→change Jobname→2D cutting→New log and error file ：YES→OK Utility Menu→File→change Title→cutting analysis →OK3、选择单元类型Main menu→preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete→Add→2D solid 162→OK→options→选择const.stress ；Lagrangian→OK4、定义材料模型（1）定义刀具材料模型Main menu→preprocessor→Material Props→Material Models→rigid material→输入：DENS：5.2e3 ；EX：4.1e11 ；NUXY：0.3 ；选择“Y and Zdisps” ；“All rotati ons”→OK（2）定义工件Johnson-cook材料模型Main menu→preprocessor→Material Props→Material Models→Gruneisen→Johns on-cook→输入：DENS：7.8e3 ；EX：2.06e11 ；NUXY：0.3A：507；B：320；C：0.28；n；0.064；m=1.06D1：0.15；D2：0.72；D3：1.66；D4：0.005；D5：--0.845、创建几何模型（1）创建工件模型Main menu→preprocessor→Create→Areas→Rectangle→By Dimensions→输入：X1，X2：0，5；Y1，Y2：0，3→OK（2）创建刀片模型Main menu→preprocessor→Create→Keypionts→In Active CS→依次输入：keypoint number：5，X、Y、Z ：5.1，2.9，0；keypoint number：6，X、Y、Z ：6，3.228，0；keypoint number：7，X、Y、Z ：6，4，0；keypoint number：8，X、Y、Z ：5.294，4，0→OK6、网格划分（一）（1）对刀片进行网格划分Utility Menu→Select→Entities→Lines ：By Num/Pick→Apply→选取刀片边线→O KMain menu→preprocessor→Meshing→Size contrls→Manualsize→Lines→All lin es→NDIV：10→OK （2）对刀尖半圆进行网格划分Utility Menu→Select→Entities→Lines ：By Nu m/Pick→Apply→选取刀尖半圆→O KMain menu→preprocessor→Meshing→Size contrls→Manualsize→Lines→All lin es→NDIV：3→OK （3）确定刀片的单元属性Main menu→preprocessor→Meshing→Mesh Attributes→Picked Aeras→选取刀片→Apply→确定材料号和单元类型号为1→OK（4）刀片网格划分Main menu→preprocessor→Meshing→MeshT ool→Mesh：Aeras；shape：Tri；free →Mesh→选取刀片→OK（二）（5）对工件进行网格划分切分工件Utility menu →Workplane→Wp settings→Grid andT riad→Minimum ,maximum:-5, 5 ;Spacing:1.0→OK平移和旋转工作平面并用其切分工件Utility menu →Workplane→Offset wp by incremens→X，Y，Z offsets：0，2.5，0；XY，YZ，ZX angle：0，90，0→OK Mainmenu→preprocessor→Modeling→operate→Booleans→Divide→Areas by wkp lane→选取工件→OK取消工作平面显示Utility menu→workplane→Display workingplane→等分接触区域相关Y向线段Utility Menu→Select→Entities→Lines ：By Num/Pick→Apply→选取工件接触区Y向线段（两条）→OK Main menu→preprocessor→Meshing→Size contrls→Manualsize→Lines→All lin es→NDIV：10→OK 等分接触区域相关X向线段Utility Menu→Select→Entities→Lines ：By Num/Pick→Apply→选取工件接触区X向线段（两条）→OK Main menu→preprocessor→Meshing→Size contrls→Manualsize→Lines→All lin es→NDIV：40→OK 等分接触区域不相关Y向线段Utility Menu→Select→Entities→Lines ：By Num/Pick→Apply→选取工件接触区Y向线段（两条）→OK Main menu→preprocessor→Meshing→Size contrls→Manualsize→Lines→All lin es→NDIV：25→OK 等分接触区域不相关X向线段Utility Menu→Select→Entities→Lines ：By Num/Pick→Apply→选取工件接触区X向线段（底边）→OK Main menu→preprocessor→Meshing→Size contrls→Manualsize→Lines→All lin es→NDIV：30→OK确定工件的单元属性Main menu→preprocessor→Meshing→Mesh Attribu tes→Picked Aeras→选取工件→Apply→确定材料号为2和单元类型号为1→OK工件网格划分Main menu→preprocessor→Meshing→MeshT ool→Mesh：Aeras；shape：Quad；mapp ed→Mesh→选取工件→OK7、建立partMain menu→preprocessor→LS-DYNA options→part options→create all part→O K(part1:刀具；part2：工件)Plot→parts（不同颜色显示单元）8、定义接触信息Main menu→preprocessor→LS-DYNA options→contact→Define contact→surface to surf；Eroding；静、动摩擦系数为0.15、0.10→OK→弹出contact options对话框，确定接触件（工件），目标件（刀片）→OK9、施加边界条件Utility menu→select→Entities→Nodes :By Location :X Coordinates→Min,Max: -0.01,0.01;Fro m Full→Apply（选中左侧边所有节点）Main menu→preprocessor→LS-DYNA options→Constraints→Apply→on nodes→pi ck All→All DOF→OKUtility menu→select→Entities→Nodes :By Location :Y Coordinates→Min,Max: -0.01,0.01;From Full→Apply（选中底边所有节点）Main menu→preprocessor→LS-DYNA options→Constraints→Apply→on nodes→pi ck All→All DOF→OK恢复整个模型的选择Utility menu→select→Everything10、对刀片施加初速度Main menu→preprocessor→LS-DYNA o ptions→Initial Velocity→on parts→w/No dal Rotate→选择part1，VX：-100→OK恢复整个模型的选择Utility menu→select→Everything11、设置能量控制选项Main menu→Solution→Analysis options→Energy options→打开所有能量控制选项→OK12、设置人工体积粘性选项Main menu→Solution→Analysis options→Bulks viscosity→Quadratic Viscosit y Coefficient:1.0→OK13、设置时间步长因子Main menu→Solution→Time controls→Time step ctrls→Time step scale facto r:0.6→OK14、设置求解时间Main menu→Solution→Time controls→Solution time→1e-3→OK15、设置结果文件输出步数Main menu→Solution→Output Controls→File output Freq→Number of steps→[EDRST]:50;[EDHTIME]:50→OK16、设置结果文件的输出类型Main menu→Solution→Output Controls→Output File Types→Add：ANSYS and LS -DYNA→OK17、输出K文件Main menu→Solution→Write jobname.K18、求解Main menu→Solution→Solve19、后处理（暂时不管。

基于数值模拟的甘蔗撕裂机性能优化研究

基于数值模拟的甘蔗撕裂机性能优化研究随着气候变化和人类需求的增长，农业领域对于高效率和可持续发展的需求也日益增加。

在农作物种植中，甘蔗被广泛栽种于许多国家，并成为制糖业的重要原料。

甘蔗撕裂机是一种用于将甘蔗梗撕裂成小段以方便进一步处理的设备。

本文将基于数值模拟的方法，研究如何优化甘蔗撕裂机的性能，以提高生产效率。

首先，我们将通过数值模拟方法对甘蔗撕裂机进行流体力学分析。

通过建立数值模型，我们可以模拟甘蔗梗被撕裂时产生的力和压力分布。

通过分析这些数据，我们可以确定甘蔗撕裂机的工作状态，并找到可能的优化方案。

其次，我们将研究不同参数对甘蔗撕裂机性能的影响。

通过调整甘蔗进料速度、撕裂机刀片的设计等参数，我们可以评估各种参数对撕裂效果的影响。

通过数值模拟和数据分析，我们可以找到最佳参数组合以提高甘蔗撕裂机的性能。

在研究过程中，我们还将重点关注甘蔗撕裂机的能耗和排放问题。

通过对能耗进行数值模拟和优化，可以帮助农户减少能源消耗和成本，提高甘蔗撕裂机的经济可行性。

同时，我们还将探索减少甘蔗撕裂机对环境的影响，例如降低噪音和振动水平，减少废气排放等方面的优化措施。

此外，我们还将研究材料的选择和表面处理对甘蔗撕裂机性能的影响。

选择合适的材料可以提高撕裂机的寿命和耐磨性，减少维护和更换部件的频率。

同时，通过合理的表面处理，可以减少材料与甘蔗梗之间的摩擦损耗，提高撕裂效果和生产效率。

最后，我们将通过数值模拟结果的验证和实验数据的对比，评估提出的优化方案的有效性。

通过与现有甘蔗撕裂机的性能对比，我们可以得出结论并提出改进建议。

综上所述，基于数值模拟的甘蔗撕裂机性能优化研究是一个综合性的课题，涉及流体力学、参数优化、能耗排放等多个方面。

通过探索和优化甘蔗撕裂机的性能，我们可以提高农业生产效率，推动农业的可持续发展。

本研究将为甘蔗种植和糖业生产提供重要的技术支持，为农业现代化进程做出积极贡献。

基于ANSYS／LS-DYNA的甘蔗切割动力学仿真分析

２１００年１月
农机化研究
第１期
基于ＡＳＳ／Ｌ — ＤＡ的甘蔗切割动力学仿真分析ＮＹＳＹＮ
张正中，梁式吕焕培，，戴小标
（．西大学机械工程学院，南宁１广
摘
５００３０４；２冠邦科技有限公司，广东佛山．
就本文所采用的ＡＳＳ００ＬＮＹ１．／Ｓ—ＤＮ来说，ＹＡ其中ＬＳ—ＤＮ９０版是功能齐全的几何非线性（ＹＡ７大位移、转动和大应变）材料非线性（４大、１０多种材料
动态模型）接触非线性（０多种）序，Ｌ— 和５程以ａｇａｇ法为主，有ＡＥ和Ｅｌ算法；ｒｎｅ算兼Ｌｕｅｒ以显式求解
切割器在实际工作中，按刀盘转速８０／ｉ０ｒｍｎ计算，考虑每个刀盘安装两个刀片，工作频率为２．Ｈ，离６７ｚ远切割器第１阶和第２阶的固有频率为００１７Ｈ．０８ｚ和２２９７Ｈ，８．４ｚ此切割器结构合理。
为主，有隐式求解功能；兼以结构分析为主，有热分兼析、体一结构耦合功能；流以非线性动力分析为主，兼有静力分析功能（如动力分析前的预应力计算和薄板冲压成形后的回弹计算）。
ＬＳ—ＤＮＹＡ求解的基本步骤：义单元一定义材定

基于运动学仿真的单圆盘甘蔗切割器影响切割性能的机理研究的开题报告

基于运动学仿真的单圆盘甘蔗切割器影响切割性能的机理研究的开题报告一、选题背景和意义甘蔗是一种重要的经济作物，不仅是食糖和甘蔗汁的主要来源，还被广泛应用于制作发酵酒、食品添加剂、化妆品等方面。

而甘蔗切割作为甘蔗加工的一项关键环节，影响着甘蔗加工效率和生产质量。

目前，市面上使用的甘蔗切割器多通过简单的机械削割方式实现甘蔗的切割，但存在切割不均匀、碾损过多等问题，因此需要研发新型的切割器，以提高甘蔗切割效率和精度。

本项目选题主要针对单圆盘甘蔗切割器的机理研究，旨在通过运动学仿真，分析不同工作参数（如盘径、转速、甘蔗直径等）对切割性能的影响，进而优化切割器的结构设计和工作参数，以提高切割器的切割质量和效率。

二、研究内容和目的本研究将采用运动学仿真的方法，建立单圆盘甘蔗切割器的动力学模型，分析不同工作参数对切割性能的影响。

具体来说，研究内容包括以下几个方面：1. 建立单圆盘甘蔗切割器的动力学模型，包括盘径、转速、甘蔗直径等参数；2. 分析不同工作参数对切割性能的影响，如切割质量、切割速度、切割力、切割过程中甘蔗的形变等；3. 通过模拟优化，确定最佳的工作参数组合，以达到最佳的切割质量和效率。

本研究旨在通过对单圆盘甘蔗切割器的机理研究，探讨工作参数对切割性能的影响规律，为切割器的结构设计和工艺优化提供参考依据，以提高甘蔗切割效率和精度。

三、研究方法和技术路线本项目采用运动学仿真的方法，建立单圆盘甘蔗切割器的动力学模型，利用有限元分析软件进行模拟，并通过实验验证和数据分析验证模型的准确性和可靠性。

具体技术路线如下：1. 收集单圆盘甘蔗切割器的相关文献资料，对其工作原理和结构特点进行深入研究；2. 建立单圆盘甘蔗切割器的有限元仿真模型，并对其工作参数进行优化选择，包括盘径、转速、甘蔗直径等；3. 通过有限元分析软件，模拟不同工作参数下的切割过程，分析不同工作参数对切割性能的影响；4. 设计并搭建实验平台，采集切割力、切割速度等相关数据，并与模拟结果进行比较，验证模型的准确性和可靠性；5. 基于模拟和实验结果，分析不同工作参数对切割性能的影响规律，并通过模拟优化，确定最佳的工作参数组合。

基于ansys甘蔗装载机的有限元分析

2012年7月农机化研究第7期基于A N SY S甘蔗装载机的有限元分析郑广平1，李尚平2，娄玉印1，范志达1(1．广西大学机械工程学院。

南宁530004；2．钦州学院，广西钦州535000)摘要：基于链传动具有平均传动比准确、传动效率高、结构紧凑和承载能力高的优点，设计了以链传动为主要传动方式的装载机。

采用A PD L参数化设计语言建立了装载机各主要零件模型。

通过有限元分析，结果表明：以链传动为主要传动方式的装载机能够满足工作要求并且各主要零件能够满足强度和剐度要求。

关键词：甘蔗装载机；A PD L；有限元；链传动中图分类号：TP391．41文献标识码：A文章编号：1003—1∞X12012)07-0065-050引言目前，我国甘蔗收割机械化已迫在眉睫，由于制糖工艺的限制，整杆式的收获方式仍然是目前的主流，为更进一步地减少劳动量，将现有的拉打捆技术运用到甘蔗收割机中也是很有必要的。

为此，本文设计了一种针对这种成捆甘蔗装车的装载机，丽目前这种小型装载机的研究大部分都是通过经验结论而不是通过科学的计算进行的，如是通过类比或经验得出各个零件的尺寸，采用这种传统的方法具有一定的盲目性和局限性。

因此，需要引进更为先进合理的设计方法．使设计出的新型装载机更加科学和合理，为以后装载机的生产和制造提供更加有效的参考。

而有限元方法就是针对上述缺陷而提出的先进有效的设计方法。

当前装载机的研究主要利用有限元理论结合A N S Y S软件，对装载机的各部分零件进行结构分析验证其刚度和强度。

此方法对提高装载机的寿命、加工精度和降低成本具有重要的意义¨J。

1工作原理本装载机由牵引蓄电池、电动机、机架、传动装置和吊钩等组成+整体结构如图l所示。

以蓄电池电动机为动力代替了传统意义上的柴油机；以链传动作为主要的传动方式。

由牵引蓄电池作为电源，电动机通过减速器带动整机传动系统的主动链轮，使整个链传动装置运动起来；通过链条的循环运动，两对收稿日期：201l-11一l l基金项且：广两制造系统与先进制造技术重点实验窜科研项目(07109008_02I—K)；广西区科学技术厅科技攻关项目(0992002—18)作者简介：郑广平(1952一)，男。

基于Hashin模型的甘蔗剪切仿真

基于Hashin模型的甘蔗剪切仿真熊威【摘要】使用有限元方法对甘蔗剪切过程进行仿真,研究刀片几何角度对甘蔗断面形态的影响.通过编写VUMAT子程序,将Hashin单向纤维复合材料失效准则应用于甘蔗剪切过程的仿真.仿真包括甘蔗剪切过程的断裂形态、剪切过程的最大剪切力、刀片楔角、后角和间隙对剪切断面的影响.结果显示,断裂形态仿真结果与已有的试验和仿真结果一致,最大剪切力为270 N;刀片楔角从30°减少到5°,可使甘蔗的上下断面都趋于平整;刀片具有正的后角,会使下断面平整;2 mm刀片间隙的存在,导致甘蔗下部断口接近静止刀片一侧出现撕裂.%Finite element method is used to simulate the cutting process of sugarcane to study the influence of blade geometry on the morphology of sugarcane. Through programming VUMAT subroutine, the Hashin unidirectional fiber composite failure criterion is applied to the simulate the cane shearing process to achieve the fracture morphology of sugarcane shearing process, the maximum shear force of the shearing process, the influences of blade wedge angles, the relief angles and the clearance on the shear section. Results show that the fracture morphology obtained by simulation are consistent with existed experiment and simulation results. The maximum shear force is 270 N. When the wedge angle is decreased from 30o to 5o, the upper and lower shear section of sugar cane tends to be flat. Positive relief angle leads to smoother lower shear section. The existence of 2 mm blade gap causes tearing in the part of lower fracture near the stationary blade.【期刊名称】《湖南农业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(044)001【总页数】5页(P101-105)【关键词】甘蔗;剪切;失效准则;仿真【作者】熊威【作者单位】桂林航天工业学院机械工程学院,广西桂林 541004【正文语种】中文【中图分类】S225.5+3中国甘蔗生产的机械化程度较低，特别是在播种和收获环节上还依赖于人工作业[1]。

甘蔗深耕犁体曲面的动力学仿真

Ａｂｓｒｃ：ＡＮＳＹＳ／ｔａｔＬＳ —ＤＹＮＡｓｆｗａｅｓｏｔｒｉｕｓｄｏａｒｏｔｈｔｒｎｇｙｍｉｓｉｅｔｃｒｙｕｔｅｕｎｉｄｎａｃｓｍｕｌｔｏｏｓａｃｎｅｅｐｉｌｎｐｌｕｇａｉｎｆｕｇｒａｄｅｔｌｉｇｏｈ．
ｉ
，
两个方面研究：一是求整个犁曲面上总的受力情况．找出它的合力的大小、向及其作用线。方以便进行犁柱及犁梁的强度校核和犁的牵引平衡；二是探求犁曲面各部位所受土壤反力的分带隋．况用来确定犁壁和犁铧的磨损部位［。目前这两方面的研究。都是用试验的方法进行测定。本文将采用计算机模拟仿真的方法对土壤施加于犁曲面上的作用力进行测定。
参数法建立犁体曲面的数学模型，并利用ＰｏＥ软件建立犁体曲面的虚拟模型，此基础上进行动力仿真分析．ｒ／在得
到犁体曲面在翻土过程中犁耕阻力的变化曲线图。
关键词：深耕犁；犁体曲面；法；参数动力学仿真
中图分类号：Ｈ１３．；Ｐ９．Ｔ２￣Ｔ３１１９文献标识码：Ａ文章编号：６３３４（０８０ — ０９０１７ — １２２０）６０２— ３
Ａｃｒｉｇｔｈｌｗｓｒｃｅｅａｉｎｐｎｉｌｃｏｄｎｏｔｅｐｏｕｆｅｇｎｒｔｒｃｐｅ，ｔｅｍａｈｍａｉａｄｌｏｌｗｓｒｃｓｅｔｂｉｈｄｂｓｎｈａａｔｒ，ａｏｉｈｔｅｔｌｍｏｅｆｐｏｕｆｅｉｓｌｅｙｕｉｇｔｅｐｒｍｅｅｓｃａａｓｔｅｙＰｒ／ｏｔａｅｔｓａｌｈｔｅｖｒａｌｗｓｒａｅｍｏｅ，ｂｓｄｏｈｃｅｄｎｍｉｓｍｕａｉｎａａｙｉｓｃｎｕｔｄｈｎｂｏＥｓｆｒｏｅｔｂｉｈｉｕｐｏｕｆｃｄｌａｅｎｗｉｈｔｙａｃｉｌｔｎｓｓｗａｏｄｃｅｗｓｔｌｈｏｌａｄｔｅｒｓｓｎｅｃｒｅｏｕｆｃｎｔｅｐｏｅｓｏｌｗｔｒｉｇｗｓｆｕｄｎｈｅｉｔｃｕｆｓｒｅｉｈｒｃｓｆｏｕｎａｏｎ．ａａｐｎＫｅｏｄ：ｅｐｔｌｇｐｏｇｙＷｒｓｄｅｉｉｌｕｈ；ｐｏｕｆｃｈｅｐｒｍｅｅｓｙａｃｓｍｕａｉｎｌｎｌｗｓｒｅ；ｔａａｔｒ；ｄｎｍｉｉｌｔａｏ

模态综合法和ANSYS在甘蔗收割机切割系统上的应用

态性能的目的。
关键词：农业工程；切割器；应用；模态模型；有限元模型；结构动态设计；ＡＳＳＮＹ中图分类号：￥２５５３２．文献标识码：Ａ文章编号：１Ｏ — １８２０）３０７－０Ｏ３８Ｘ（０８０－１１４
【】ｊｄ二）。【】ｊｄ二）
示成以下形式
（）４（）５
振型叠加法或其它类似方法求得。总的来说，自由界面模态综合法更符合当前动态测试要求，便于和
经过模态坐标变换，子结构的运动方程可以表
实验方法、结合面参数测试等手段相结合。
ＡＳＳ是ＡＡＹＩＳＳＥＮＹＮＬＳＳＹＴＭ的简写，是美国
】））｛＝协＋】＋ｑ｝】）
的，所以应该满足连续条件，即
（６）
因为两个子结构连接界面的位移是相互联系
维普资讯
２００８年３月
农机化研究
第３期
模态综合法和ＡＮＳＳ在甘蔗收割机切割系统上的应用Ｙ
孙德鹏，蒲明辉，万
佳。，纪东伟
３０１（１广西大学机械工程学院，南宁５００２南昌大学机电工程学院，南昌３０３）．３０４；．
生，（－Biblioteka ａ）１ｄ１７００＠２．ｏ。Ｅｍｉｄｐ９８７１１６ｃｍ１Ｓ

基于 ANSYS／LS－DYNA的仿生刀具土壤切削的动力学仿真

基于 ANSYS／LS－DYNA的仿生刀具土壤切削的动力学仿真刘伟奇;陈姣;余奇;钟志超【摘要】在ANAYS／LS－DYNA中建立了普通刀具和仿生刀具的有限元模型，并运用显示动力学分析程序ANSYS／LS－DYNA对两种刀具切削土壤过程进行了数值模拟分析，得到了切削土壤的等效应力分布情况。

结果表明，仿生刀具可以起到减小切削阻力的效果。

%In this paper, the finite element models of the general tools and bionic tools are established in ANAYS /LS-DY-NA, and the numerical simulation analysis on the cutting soil process of these two tools are also made by using the explicit dy-namics to analyze program ANSYS /LS-DYNA, and finally the equivalent stress distribution of cutting soil is obtained.The result shows that bionic tool can reduce the cutting resistance.【期刊名称】《机械研究与应用》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】3页(P71-72,75)【关键词】仿生刀具;有限元模型;切削阻力;动力学分析【作者】刘伟奇;陈姣;余奇;钟志超【作者单位】河海大学机电工程学院，江苏常州213022;河海大学机电工程学院，江苏常州 213022;河海大学机电工程学院，江苏常州 213022;河海大学机电工程学院，江苏常州 213022【正文语种】中文【中图分类】TU411.71 有限元建模［3］1．1 刀具和土体的实体建模本仿真是要对比普通刀具和仿真刀具［1－2］在切削条件相同的情况下，切削阻力大小的情况，因而需要建立普通刀具和仿生刀具两种刀具模型，分别如图1、2所示。

甘蔗收获机切割系统动力学分析及仿真

研究切割系统动态特性的意义在于降低甘蔗破头率，因此需要了解切割系统动态特性与甘蔗破头率的关系。根据课题组前期做的刀盘振动位移与砍蔗质量关系的实验数据］，并依照文献［３］的模糊综合评分法将评价砍蔗质量的多指标化为单指标综合评分，分析在不用刀盘位移下砍蔗质量的情况，对曲线数据进行多项式回归拟合，如图１所示。
本课题组将研制适于广西丘陵地区特点的小型甘蔗收获机械作为出发点，在探索切割系统振动特性与甘蔗破头率方面做了大量的研究工作。切割系统的结构动态特性影响宿根破头率的规律已在课题组前期研制的物理样机上得到大量验证，切割系统的动态特性和其结构参数、工作参数和受到的激励源冲击载荷有关，在工况下受到的激励主要有发动机激振力、甘蔗地路谱激励和砍蔗切割力。
本文利用动力学分析理论和虚拟样机技术，构建了动力学简化模型并通过多体动力学仿真进行求解，探究切割系统的安装位置、提升方式等结构参数对动态特性的影响。
１切割系统动态特性和破头率的关系
从图１可知，刀盘振幅越大，切割损失综合评分越高。振幅０．４６ｌｍｍ对应的切割质量损失评分为４．７１，振幅１．０５４ｍｍ对应的切割质量损失评分为７．２１，说明切割器振幅增加近一倍，甘蔗切割质量损失提高近一半。因此提高切割系统动态特性，降低振幅对于降

ansys中LS-DYNA 2D金属切削模拟步骤

在ANSYS Launcher界面中，选择ANSYS Mechanical/LS-DYNA1、菜单过滤Main Menu→Preprocessor→LD-DYNA Explicit→OK2、设置文件名及分析标题Utility Menu→File→change Jobname→2D cutting→New log and error file ：YES→OK Utility Menu→File→change Title→cutting analysis →OK3、选择单元类型Main menu→preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete→Add→2D solid 162→OK→options→选择const.stress ；Lagrangian→OK4、定义材料模型（1）定义刀具材料模型Main menu→preprocessor→Material Props→Material Models→rigid material→输入：DENS：5.2e3 ；EX：4.1e11 ；NUXY：0.3 ；选择“Y and Zdisps” ；“All rotati ons”→OK（2）定义工件Johnson-cook材料模型Main menu→preprocessor→Material Props→Material Models→Gruneisen→Johns on-cook→输入：DENS：7.8e3 ；EX：2.06e11 ；NUXY：0.3A：507；B：320；C：0.28；n；0.064；m=1.06D1：0.15；D2：0.72；D3：1.66；D4：0.005；D5：--0.845、创建几何模型（1）创建工件模型Main menu→preprocessor→Create→Areas→Rectangle→By Dimensions→输入：X1，X2：0，5；Y1，Y2：0，3→OK（2）创建刀片模型Main menu→preprocessor→Create→Keypionts→In Active CS→依次输入：keypoint number：5，X、Y、Z ：5.1，2.9，0；keypoint number：6，X、Y、Z ：6，3.228，0；keypoint number：7，X、Y、Z ：6，4，0；keypoint number：8，X、Y、Z ：5.294，4，0→OK6、网格划分（一）（1）对刀片进行网格划分Utility Menu→Select→Entities→Lines ：By Num/Pick→Apply→选取刀片边线→O KMain menu→preprocessor→Meshing→Size contrls→Manualsize→Lines→All lin es→NDIV：10→OK（2）对刀尖半圆进行网格划分Utility Menu→Select→Entities→Lines ：By Nu m/Pick→Apply→选取刀尖半圆→O KMain menu→preprocessor→Meshing→Size contrls→Manualsize→Lines→All lin es→NDIV：3→OK（3）确定刀片的单元属性Main menu→preprocessor→Meshing→Mesh Attributes→Picked Aeras→选取刀片→Apply→确定材料号和单元类型号为1→OK（4）刀片网格划分Main menu→preprocessor→Meshing→MeshTool→Mesh：Aeras；shape：Tri；free →Mesh→选取刀片→OK（二）（5）对工件进行网格划分切分工件Utility menu →Workplane→Wp settings→Grid and Triad→Minimum ,maximum:-5, 5 ;Spacing:1.0→OK平移和旋转工作平面并用其切分工件Utility menu →Workplane→Offset wp by incremens→X，Y，Z offsets：0，2.5，0；XY，YZ，ZX angle：0，90，0→OKMain menu→preprocessor→Modeling→operate→Booleans→Divide→Areas by wkp lane→选取工件→OK取消工作平面显示Utility menu→workplane→Display workingplane→等分接触区域相关Y向线段Utility Menu→Select→Entities→Lines ：By Num/Pick→Apply→选取工件接触区Y向线段（两条）→OKMain menu→preprocessor→Meshing→Size contrls→Manualsize→Lines→All lin es→NDIV：10→OK等分接触区域相关X向线段Utility Menu→Select→Entities→Lines ：By Num/Pick→Apply→选取工件接触区X向线段（两条）→OKMain menu→preprocessor→Meshing→Size contrls→Manualsize→Lines→All lin es→NDIV：40→OK等分接触区域不相关Y向线段Utility Menu→Select→Entities→Lines ：By Num/Pick→Apply→选取工件接触区Y向线段（两条）→OKMain menu→preprocessor→Meshing→Size contrls→Manualsize→Lines→All lin es→NDIV：25→OK等分接触区域不相关X向线段Utility Menu→Select→Entities→Lines ：By Num/Pick→Apply→选取工件接触区X向线段（底边）→OKMain menu→preprocessor→Meshing→Size contrls→Manualsize→Lines→All lin es→NDIV：30→OK确定工件的单元属性Main menu→preprocessor→Meshing→Mesh Attributes→Picked Aeras→选取工件→Apply→确定材料号为2和单元类型号为1→OK工件网格划分Main menu→preprocessor→Meshing→MeshTool→Mesh：Aeras；shape：Quad；mapp ed→Mesh→选取工件→OK7、建立partMain menu→preprocessor→LS-DYNA options→part options→create all part→O K(part1:刀具；part2：工件)Plot→parts（不同颜色显示单元）8、定义接触信息Main menu→preprocessor→LS-DYNA options→contact→Define contact→surface to surf；Eroding；静、动摩擦系数为0.15、0.10→OK→弹出contact options对话框，确定接触件（工件），目标件（刀片）→OK9、施加边界条件Utility menu→select→Entities→Nodes :By Location :X Coordinates→Min,Max: -0.01,0.01;From Full→Apply（选中左侧边所有节点）Main menu→preprocessor→LS-DYNA options→Constraints→Apply→on nodes→pi ck All→All DOF→OKUtility menu→select→Entities→Nodes :By Location :Y Coordinates→Min,Max: -0.01,0.01;From Full→Apply（选中底边所有节点）Main menu→preprocessor→LS-DYNA options→Constraints→Apply→on nodes→pi ck All→All DOF→OK恢复整个模型的选择Utility menu→select→Everything10、对刀片施加初速度Main menu→preprocessor→LS-DYNA o ptions→Initial Velocity→on parts→w/No dal Rotate→选择part1，VX：-100→OK恢复整个模型的选择Utility menu→select→Everything11、设置能量控制选项Main menu→Solution→Analysis options→Energy options→打开所有能量控制选项→OK12、设置人工体积粘性选项Main menu→Solution→Analysis options→Bulks viscosity→Quadratic Viscosit y Coefficient:1.0→OK13、设置时间步长因子Main menu→Solution→Time controls→Time step ctrls→Time step scale facto r:0.6→OK14、设置求解时间Main menu→Solution→Time controls→Solution time→1e-3→OK15、设置结果文件输出步数Main menu→Solution→Output Controls→File output Freq→Number of steps→[EDRST]:50;[EDHTIME]:50→OK16、设置结果文件的输出类型Main menu→Solution→Output Controls→Output File Types→Add：ANSYS and LS -DYNA→OK17、输出K文件Main menu→Solution→Write jobname.K18、求解Main menu→Solution→Solve19、后处理（暂时不管。

基于LS-DYNA的土壤-甘蔗-切割器系统的动力学仿真研究

ｄｉ１．９９ｊｓ．７ — １２００５０ｏ：０３６／．ｓ１３３４．１．．８ｉｎ６２００
基于Ｌ — ＹＡ的土壤一ＳＤＮ甘蔗一割器系统的切动力学仿真研究
刘增汉智嵘
ｅｅｅｔｍｏｌｏｈｅｓｔｍｓａｑｒ．Ｔｈｕｔｎｏｃｓｆｓｇｒａｅｉｉｕａｅｎｄｒｔｏｄｉｉｎｓｏｕｐｒｉｇｂｙｔｌｍｎｄｅｆｔｙｓｅｉｃｕｉｅｄｅｃｔｉｇｐｒｅｓｏｕａｃｎｓｓｍｌｔｄｕｅｈｅｃｎｔｏｆｓｐｏｔｎｈｅ
２１第５期００年
农业装备与车辆工程
ＡＲＣＬＵＡＱＩＭＥＴ＆ＶＨＣＥＥＧＮＥＩＧＧＩＵＴＲＬＥＵＰＮＥＩＬＮＩＥＲＮ
ＮＯ５Ｏ１．２０
（总第２６期）２
（ｏａｌ２６Ｔｔｙ２）ｌ
（ｅｈｎｃｌｎｉｅｒｇＣｌｇ，ｕｎｘＵｉｒｉ，ａｎｎ３０４ＣｉａＭｃａｉａＥｇｎｅｉｏｌｅＧａｇｉｎｖｓｙＮｎｉｇ５００，ｈｎ）ｎｅｅｔ
Ａｂｔａｔｎｔｅｐｐｒｓｒｃ：Ｉｈａｅ，ＡＮＹＳＬ — Ｙ／ＳＤＹＮＡｘｌｉｄｎｍｉｓｓｍｕａｉｎｓｆａｅｉｕｅｏｂｉｅｓｓｅｏ０ｌｓｇｒａｅｅｐｉｔｙａｃｉｌｔｏｔｒｓｓｄｔｕｌｔｙｔｍｆｓｉ— ｕａｃｎ — ｃｏｗｄｈｃｔｒａｄｃｒｕｉｍｌｔｎｍｏｅｆｓｇｒａｅｃｔｎｒｃｓ．ｈｄｌｓｄｖｄｄｂｈａｅｅｔｏｕｔｎａｒｏｔｓｅｙｎａｉｄｌｏｕａｃｎｕｔｇｐｏｅｓＴｅｍｏｅｉｉｅｙｔｅｌｙｒｄｍｅｈｄ，ｔｅｈｉｉｏｉｉｈｎｔｅｆｔｎｅ

ANSYS显示动力学分析实例

ANSYS显⽰动⼒学分析实例ANSYS显⽰动⼒学分析实例ANSYS有限元仿真3⽉10⽇1410在仿真过程中遇到瞬态⼤变形，材料破坏失效等情况下可以借助ANSYS 的显⽰动⼒学分析来解决。

ANSYS显⽰动⼒学模块包括三种：Explicit Dynamics、ANSYS AUTODYN、ANSYS L S-DYNA。

本期通过⼀个实例来简单介绍下这三个模块的具体操作。

实例问题描述：⼀个⾦属圆柱体快速穿透⾦属板。

求解穿透过程中的最⼤应⼒和穿透⽅向的变形。

通过⽤不同仿真模块计算并⽐较仿真结果。

分析流程图如下。

其中A、B、C分别对应上⾯提到的三个模块。

这三个模块建⽴了数据共享，可避免重复的前处理操作，便于提⾼仿真效率。

分析树如下：1.Explicit Dynamics材料添加和⼏何建模略过...加载情况：固定约束⾦属板⼋条边、⾦属圆柱体运动速度300m/s。

注意分析设置Analysis setting 中的最⼤循环次数Maximum number of cycle和结束时间End Time应设置合理，不宜过⼤。

过⼤容易导致计算时间过长。

等效应⼒和变形求解结果如下图：最⼤等效应⼒为4.9e8，Z轴⽅向的最⼤变形为20.52m。

2.AUTODYNANSYS AUTODYN软件它有不同于Explicit Dynamics的交互式图形界⾯。

如下图所⽰主界⾯。

在AUTODYN软件中不需要再做其他前处理了！因为已经和Explicit Dynamics建⽴数据共享，只需要你轻轻点击RUN即可！这就是流程式分析的优点，⼤⼤的减少了⼯作量。

下⾯是后处理：求取应⼒数据。

按照图中步骤1.选择绘制云图类型contour 2.调出绘图变量contour variable 对话框 3.点击对于变量 4.勾选。

求取变形云图同理。

仿真结果截图如下：最⼤等效应⼒为3.8e8，Z轴⽅向的最⼤变形为19.88m。

⽤两个模块分析⽐较来看，等效应⼒相差稍微较⼤，⽽变形相差很⼩。

基于Recurdyn和ANSYS的甘蔗切割机构研究

基于Recurdyn和ANSYS的甘蔗切割机构研究蒲明辉;李兆龙;李竞;李敏;徐磊【摘要】甘蔗切割机构作为甘蔗种植机的关键机构,它对蔗种的设计长度起到决定性的作用.首先,通过运用Recurdyn的F- Flex完全柔性体方法建立了甘蔗切割器的刚柔耦合模型；其次,对甘蔗设计长度起关键作用的套筒进行了柔性体分析；最后,获得到计算甘蔗设计长度的公式,为以后设计精确的蔗种长度打下了基础.【期刊名称】《农机化研究》【年(卷),期】2012(034)012【总页数】4页(P36-39)【关键词】切割机构;F-Flex;刚柔耦合;套筒;等效半径【作者】蒲明辉;李兆龙;李竞;李敏;徐磊【作者单位】广西大学机械工程学院,南宁530004;广西大学机械工程学院,南宁530004;广西大学机械工程学院,南宁530004;广西大学机械工程学院,南宁530004;广西大学机械工程学院,南宁530004【正文语种】中文【中图分类】S223;TH1220 引言甘蔗是我国最主要的糖料作物，种植面积很大。

甘蔗种植属于劳动密集型工序，采用人工种植，每人每天约能种植333.3m2，工效低，劳动强度大且很不经济。

因此，甘蔗种植机械化也就越来越显得必要而迫切。

在此背景下，甘蔗种植机便应运而生[1]。

目前的甘蔗种植机大都是滚切式斩种方式。

滚切式的切割机构主要由橡胶套筒、滚刀和安装滚刀的滚筒组成。

甘蔗在该机构中主要是通过橡胶套筒与橡胶套筒之间的摩擦力来夹持行走，在行走一段位移后通过安装滚筒上的滚刀来切断。

而此时的甘蔗理论长度主要是由变形的弹性套筒、滚刀和甘蔗的粗细3个因素来决定的。

为了得到甘蔗的精确理论长度，现在对这3个要素进行研究分析。

其中，难度较大的是变形弹性套筒的等效作用半径。

为了获得等效半径，在Recurdyn中的F-Flex柔性体技术建立了弹性套筒的柔性体模型，然后通过对刚柔混合模型进行了仿真分析，得到了弹性套筒等效半径，最后获得了甘蔗理论长度计算公式。

ANSYS WORKBENCH与LS-DYNA的联合仿真

ANSYS WORKBENCH与LS-DYNA的联合仿真ANSYS WORKBENCH是新一代的多物理场仿真平台，而LS-DYNA是世界上最著名的通用显式动力分析程序，尤其适合于仿真高速碰撞，爆炸和金属成型等非线性动力冲击问题。

如何联合二者进行进行瞬态动力学仿真呢？本文以一个理想油壶的跌落为例，来说明其操作方法。

总体上说，操作过程分为三步：（1）在ANSYS WORKBENCH中为LS-DYNA准备输入文件*.k（2）使用ANSYS APDL PRODUCT LANCHER来调用LS-DYNA求解器求解。

（3）使用LS-PREPOST进行后处理。

下面详细描述这三步。

（1）在ANSYS WORKBENCH中为LS-DYNA准备输入文件*.k（1.1）在ANSYS WORKBENCH中创建项目流程图（1.2）双击geometry，在DesignModeler中创建油壶模型。

该模型包括一个理想油壶，内面的润滑油以及一个平板所表示的地面。

（1.3）在engineering data中设置各种材料属性。

（1.4）双击model，进入到mechanical中。

（1.5）设置油壶，润滑油以及地面的材料属性。

下面的例子是对于油的材料属性的设置。

（1.6）创建所有的交互作用。

（1.7）划分单元，形成有限元模型。

（1.8）设置边界条件。

首先，固定地面。

其次，给整体施加重力。

（1.9）设置初始条件。

给油壶和油同时施加一个初速度。

（1.10）设置计算时间。

这里仿真2秒。

（1.11）生成k文件。

至此，准备工作结束。

该k文件就在工作目录下。

（2）使用ANSYS APDL PRODUCT LANCHER来调用LS-DYNA求解器求解。

（2.1）打开ansys apdl product lancher.(2.2)设置求解器及求解文件注意图中红色方框内部的设置。

首先把仿真环境改变成LS-DYNA SOLVER，然后是许可改成ANSYS MULTIPHYSICS/LS-DYNA ,接着把工作目录修改到当前目录，再把关键字输入文件修改成（1.11）步中生成的文件（2.3）调用LS-DNYA求解器计算单击上述界面中的RUN按钮即开始启动LS-DYNA的计算。

甘蔗切割过程的有限元仿真

第27卷第2期农业工程学报V ol.27 No.2 2011年2月 Transactions of the CSAE Feb. 2011 161甘蔗切割过程的有限元仿真黄汉东，王玉兴※，唐艳芹，赵锋，孔祥发（华南农业大学南方农业机械与装备关键技术重点实验室，广州 510642）摘要：为了提高微型甘蔗切割器的性能，需要得到刀具倾角与切割速度对切割力，切割耗功，破头率等的影响。

该文利用ANSYS/LS-DYNA对甘蔗切割过程进行有限元仿真。

在仿真中建立了不同的刀具倾角以及切割速度组成的有限元模型，并使用LS-DYNA提供的MAT_WOOD材料模型以及接触侵蚀算法进行数值计算。

仿真结果表明，切割速度变化对切割过程中的切割力，能量损耗和刀具最大应力的影响较为显著，倾角变化对切割力的影响较为显著。

动刀倾角为0°时，切割力最小，动刀速度在0.5～0.9 m/s范围内，切割速度越大切割力越大。

通过与试验的对比，发现在仿真中速度的变化对切割力大小趋向的影响与试验结果吻合，切割力最大值的相对误差小于20%。

甘蔗切割的有限元仿真能降低试验成本，缩短试验时间，为样机的设计提供了依据。

关键词：甘蔗，收获机，计算机仿真，ANSYS，侵蚀算法doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2011.02.027中图分类号：S225.5 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2011)-02-0161-06黄汉东，王玉兴，唐艳芹，等. 甘蔗切割过程的有限元仿真[J]. 农业工程学报，2011，27(2)：161－166.Huang Handong, Wang Yuxing, Tang Yanqin, et al. Finite element simulation of sugarcane cutting[J]. Transactions of the CSAE, 2011, 27(2): 161－166. (in Chinese with English abstract)0 引言降低切割器的功耗，降低破头率，提高刀具使用寿命等是切割器设计时需要考虑的问题[1-2]。

基于ANSYS／LS-DYNA的切削过程有限元模拟

摘要：金属切削过程是一个非常复杂的弹塑性变形过程。本文运用有限元分析理论及弹性力学理论，充分考虑到材料的本构关系、切屑与材料的分离准则以及切屑与刀具间的接触与摩擦，运用数值仿真软件ＬＳ—ＤＹＮＡ（一款非线性显式动力学分析软件）对切削过程进行有限元分析。结果表明：切屑的形成过程是材料受到刀具挤压产生剪切滑移的过程：最大等效应力在切削起初迅速增大直至一定值附近波动．此时进入切削稳定状态；最大等效应力随着切削速度的增大而减小：切削厚度越大，最大等效应力越大。关键词：金属切削；本构关系；数值仿真；最大等效应力；剪切滑移中图分类号：ＴＧ１１５．６＋６
金属切削加工是切除毛坯件上多余材料的一种机械加工技术．随着计算机仿真技术的发展，学者们提出了各种切削模型．并利用仿真软件切削过程进行有限元分析，得到了切削过程中的应力、应变、温度分布以及刀具钝角半径对切削过程的影响［１］．为研究切削机理提供了重要手段随着商业化有限元分析软件的陆续上市．免掉了试验人员编程浪费的宝贵时间［２１，分析更加方便快捷，且具有通用性

基于ANSYS／IS-DYAN的旋耕刀辊垫料切削有限元模拟

该装置采用三点全悬挂方式与拖拉机链接，拖拉
对螺旋刀辊切削土壤进行有限元模拟分析。周明＿５利用机动力输出轴输出的动力经万向节联轴器进入变速箱．
ＡＮＳＹＳ对螺旋形旋耕刀辊横刀的工作机理进行研究，揭变速箱变速后驱动十字节联轴器、刀辊和旋耕刀进行作
中国奶才２０１８·６
ＭＡＨＩＮＥＩＣＩＬＩＴＩＥＳ
管迪，邓书辉’，唐玉洁’。施正香
（１．黑龙江八一农垦大学工程学院，大庆１６３３１９；２．中国农业大学水利与土木工程学院，农业部设施农业工程重点实验室，北京１０００８３）
中图分类号：Ｓ８１７．１２文献标识码：Ａ文章编号：１００４—４２６４（２０１８）０６—００３５—０４
收稿日期：２０１７—１０—１６
与罩壳相连的机架对旋耕６
Ｍ．＿、ｌ｛ＩＮＩｔ＼Ｉ１ＩＴＩｌ￡
ＳＯＬＩＤＷＯＲＫ三维图。旋耕刀片和刀轴采用６５Ｍｎ钢、。材料性能参数
见表１，材料定义为刚体，约束旋耕刀Ｙ￣ｒＤｚ方向平动位移以及Ｘ和Ｙ方向的旋转自由度。、、０．、＿广
在旋耕刀的力学分析方面，胡雷等【３利用有限元技术对旋成、联轴器、液压缸、罩壳、刀辊、旋耕刀片、刀座等
耕机工作部件进行了模态分析、静力学分析和动力学仿部件（如图１所示）。
真。夏俊芳建立了土壤一刀辊有限元模型，利用ＡＮＳＹＳ

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基于ANSYS/LS－DYNA的甘蔗切割动力学仿真分析张正中1，梁式1，吕焕培1，戴小标2（1.广西大学机械工程学院，南宁530004； 2.冠邦科技有限公司，广东佛山528000）摘要：为了更好地研究甘蔗切割机理，建立甘蔗切割模型，通过动力学仿真研究甘蔗切割过程中受力、振动情况及其与蔗兜切割质量之间的关系，为切割器设计提供依据。

同时，选用ANSYS/LS－DYNA建立甘蔗切割模型，并对模型进行了模态分析和甘蔗切割动力学仿真。

关键词：甘蔗切割器；ANSYS/LS－DYNA；模态分析；动力学仿真分析中图分类号：S225.5+3文献标识码：A文章编号：1003－188X（2010）01－0064－040引言甘蔗根部切割质量直接关系到甘蔗收获过程中的甘蔗损失和宿根的质量，从而进一步影响到甘蔗来年的发芽以及生长情况。

而甘蔗收获机割茬不齐、破头率高、切割损失大，严重影响甘蔗收获机的性能和推广应用。

甘蔗收获机切割甘蔗是在切割器高速旋转（刀尖旋转线速度约20m/s）条件下进行的，难以看清楚切割过程中刀片和甘蔗相互作用过程，对甘蔗切割力大小的测量目前有研究者通过间接测量刀轴或刀片表面的应变，再换算成刀尖的切割力［1］，效果不佳。

本文所采用ANSYS10.0/LS－DYNA建立甘蔗切割模型，并对模型进行了模态分析和甘蔗切割动力学仿真。

通过动力学仿真来研究甘蔗切割过程中受力、振动情况及其与蔗兜切割质量之间的关系，为切割器设计提供依据。

1ANSYS/LS_DYNA甘蔗切割模型的建立就本文所采用的ANSYS10.0/LS－DYNA来说，其中LS－DYNA970版是功能齐全的几何非线性（大位移、大转动和大应变）、材料非线性（140多种材料动态模型）和接触非线性（50多种）程序［2］，以La-grange算法为主，兼有ALE和Euler算法；以显式求解收稿日期：2009－07－07基金项目：广西研究生教育创新计划项目（T32075）；广西制造系统与先进制造技术重点实验室开放课题（07109008_021_K）；广西科技攻关项目（0992002－18）作者简介：张正中（1984－），男，浙江金华人，硕士研究生，（E－mail）paulzzz@。

通讯作者：梁式（1963－），男，广州人，教授，硕士生导师，（E－mail）gxuls@。

为主，兼有隐式求解功能；以结构分析为主，兼有热分析、流体—结构耦合功能；以非线性动力分析为主，兼有静力分析功能（如动力分析前的预应力计算和薄板冲压成形后的回弹计算）。

LS－DYNA求解的基本步骤：定义单元→定义材料→定义模型→定义接触→定义边界条件和荷载→定义求解时间→求解。

本文采用圆盘式甘蔗切割器包括刀盘、刀轴、刀片以及连接件（销、螺母和垫圈）如图1所示。

模型简化为刀盘、刀片和刀轴连为一体，划分单元后模型如图2所示。

图1圆盘甘蔗切割器及工程简图图2圆盘甘蔗切割器有限元模型无论在结构上还是在力学行为上，甘蔗都与单向复合材料相似［3］，称其为蔗材。

蔗材宏观上由蔗皮、蔗心和蔗节3大部分组成，各部分的结构特点相似（纤维和基体所在比例不同而已），只是力学行为有所差别，蔗皮和蔗心之间的结合力为蔗皮揭皮力。

本文只考虑刀片与节间蔗碰撞切割，并将节间蔗看成一种单向复合材料，如图3所示。

其中，左边为甘蔗有限元模型整体，右边为甘蔗与切割器作用处有限元单元细节。

图3甘蔗材料有限元模型通过对ANSYS/LS－DYNA已有各种材料模型的分析，发现Orthotropic（线弹性正交各向异性材料模型）为蔗材最佳模拟材料，且此材料可以失效，实现甘蔗切断过程。

Orthotropic材料模型有5个独立的弹性常数［4］：Ex，Ez，uyz，Gxy，Gyz（或uxy）。

Ez，uyz，Gxy和密度已知，蔗材还缺少两个弹性常数Ex和uxy，而通过试验（甘蔗扭转和弯曲试验）与ANSYS中模拟来确定Ex=Ey=1934MPa和Uxz=Uyz=0.314。

2甘蔗切割动力学仿真和结果分析2.1切割器模态分析为了获得切割器振动规律，对切割器结构进行模态分析，找出前3阶固有频率及其振型。

图4为前3阶固有频率及其振型（从左至右分别为第1阶、第2阶、第3阶）。

第1阶固有频率为f1=0.001278Hz，为切割器绕轴旋转方向自由度没有被限制而产生的振动；第2阶固有频率为f2=289.74Hz，为切割器刀盘绕z轴负方向的旋转振动；第3阶固有频率为f3=320.79Hz，为切割器刀盘绕x轴正方向的旋转振动。

图4切割器前三阶固有频率下的振型切割器在实际工作中，按刀盘转速800r/min计算，考虑每个刀盘安装两个刀片，工作频率为26.7Hz，远离切割器第1阶和第2阶的固有频率为0.001278Hz和289.74Hz，此切割器结构合理。

2.2切割器振动结果分析运行程序，仿真总历时0.024382s，而刀片切割甘蔗时间从0.0073s到0.0092s。

切断一根甘蔗历时0.0019s。

由于切割阻力使得刀盘在切割过程中减速，所以与设定的刀盘转速800r/min，计算出来切断1根蔗历时0.00124s略长。

测量切割刀片的刀刃处节点338和与此节点相差180ʎ相位角的刀盘边缘上一节点963的轴向振动位移曲线，如图5所示。

图5切割器轴向振动曲线图切割器轴向振动曲线频谱图如图6所示。

在图5（a）和图6中，实线代表节点338在切割器轴向的振动位移曲线及频谱，虚线代表节点963在切割器轴向的振动位移曲线及频谱，图5（b）为甘蔗切割时段节点338的振动位移图。

刀盘边缘最大振幅约为0.33mm，而刀刃最大振幅约为0.43mm。

从图5可以看出，节点338与节点963的振动频率一致，相位角相差180ʎ，振幅存在一定的比值λ≈1.303，而在实测中难以测量刀刃切割甘蔗处的振动，可以由此推算实际模型中刀尖的振动情况。

分析表明，切割器在频率230Hz左右幅值最大。

图6切割器轴向振动曲线频谱图刀盘边缘轴向振动曲线图如图7所示。

刀盘边缘轴向振动曲线频谱图如图8所示。

在图7和图8中，试验实测刀盘边缘（对应仿真所测节点963处）在切割器轴向的振动位移曲线和频谱。

由图7和图8可看出，刀盘边缘由切割甘蔗激起的最大振幅约0.219mm （1.78为涡流传感器的灵敏度），振动频率带比较宽。

首先是第一阶频率f1=15.63Hz为刀盘转动频率，其幅值最大；除此外，在100 300Hz出现了很多幅值较高的频率。

图7刀盘边缘轴向振动曲线图图8刀盘边缘轴向振动曲线频谱图通过对比，不难发现，实际测量中，因为切割器制造装配存在一定误差，出现一些低或高的频率。

可以推算出试验中刀片切割点的最大振幅为0.285mm，则刀片切割点的振动位移为0.57mm。

2.3切割器切割力结果分析切割器在切割一根甘蔗过程中，切割力变化曲线如图9所示。

图9切割力曲线在图9中，X－force为x方向的切割力，Y－force 为y方向的切割力，Z－force为z方向的切割力，Re-sultant－force为径切割合力，其所在的坐标系如图10所示。

当甘蔗靠近x轴时，X－force近似等于刀盘径向切割力F r，Y－force近似等于刀盘轴向切割力F a，Z－force近似等于刀盘周向切割力Ft。

图9中最左出现的峰值为刀刃切割甘蔗切割力曲线，后两峰值为甘蔗被砍断后，下刀面向下振动挤压蔗兜而产生的力。

由图10可以看出，切割器在切割甘蔗过程中，切割力是一个由0变到最大，再由最大降到0的过程，且由于是有限单元分析，蔗材并非连续，故随着甘蔗单元的破坏，切割力出现波动。

由参考文献［3］可知，刀片线速度为20m/s左右时，单刀切断一根甘蔗的切割合力F约400N，取刀刃滑切角为26ʎ、刀刃倾角为10ʎ，最大径向切割力为F r≈175N，最大轴向切割力为F a≈355N，最大周向切割力为Ft≈63N。

而在甘蔗切割试验中，单刀切断一根甘蔗的情况几乎不可能出现，由切后蔗兜台阶数可以看到甘蔗都是多刀才被切断。

所以，试验中所得到的切割力比仿真出来的要小，就轴向力F a来说，试验结果在几十到100N多之间，且与每次甘蔗切割量的大小有关，也就是与进给速度和刀盘转速有关。

由图10可以看出，仿真出来的切割力与其一致。

图10切割器应力云图刀片在轴向振动与切割器轴向切割力的关系：参照图5右和图10不难发现，在切割1根甘蔗过程中，刀片切割点的振动位移约从－0.3mm变到+0.3mm，而轴向切割力由0到－350N再到0变化，切割力刚好与刀片切割点位移方向相反，阻止刀片向上振动。

当刀片切过大半根甘蔗时，各方向切割力都达到最大值，因为这时刀刃与甘蔗接触的面积几乎最大，切割摩擦力达到最大，自然阻力也达到最大，这与文献［1］得到的结论十分吻合。

在刀片还没有完全切过甘蔗时，上段蔗受到刀片轴线向上挤压力，这个力是引起蔗兜劈裂的原因所在。

反之，假设在甘蔗切割过程中，刀刃位移向下振动，则蔗兜受到刀片向下的挤压力，这是引起蔗兜破裂的原因所在。

轴向切割力与刀片振动大致存在以下比例关系：λ=583（N/mm）。

也就是说刀片轴向振动位移1mm，将对甘蔗产生583N 抬升上段甘蔗或挤压蔗兜的力。

当甘蔗切断后，刀片振动位移开始向下，下刀面挤压蔗兜。

所以，图10中再出现两次峰值切割力最大达到1000N，这是引起蔗兜破裂的原因所在。

2.4应力云图分析单刀切断一根甘蔗过程中切割器应力云图以及甘蔗破坏过程应力云图分别，如图10和图11所示。

图11甘蔗切割破坏过程应力云图由图10可以看到，切断1根甘蔗过程中切割器应力最大出现在刀轴、刀盘连接部位和刀片在刀盘边缘的部位，因为切割器在工作过程中所受切割力并不大，强度并非切割器重要考虑因素，主要考虑的是切割器的刚度。

因此，在设计切割器时，应加强这两部位处的结合刚度，减小其变形以减小切割过程中刀刃的振动，提高蔗兜切割质量。

由图11可知，当高速旋转的刀片碰到甘蔗时，甘蔗与刀刃接触处出现最大应力，当应力超过甘蔗许用应力后，此处甘蔗突然破裂，刀刃对甘蔗的作用力开始传给破裂处周围蔗材，这时最大应力并非出现在与刀刃接触处，而是其周围。

随着刀刃继续靠近甘蔗，刃口处的蔗材应力再次达到最大并超过蔗材许用应力，使刃口处甘蔗破裂，如此往复，直到将甘蔗切断。

在切断同时，由于存在一个向上的振动位移，刀片将甘蔗上端向上抬起，在砍断瞬间甘蔗被向上抛出，这在试验录像中可以看到。

切断甘蔗后，刀片向下振动，刀片刃后部下刀面挤压蔗兜，导致蔗兜破裂，由此可以在设计刀片时尽可能减小刀片宽度，降低刀片振动对蔗兜切割质量影响。

3结论本文利用ANSYS/LS－DYNA软件，通过试验结合模拟仿真确定了蔗材两个未知张量蔗材径向弹性模量Ex=Ey=1934MPa以及甘蔗径向泊松比Uxz= Uyz=0.314。