بخشی از مقاله
چکیده
در پژوهش حاضر به شبیه سازی و تحلیل مکانیکی و بررسی رفتار مواد تشکیل دهنده subsoiler - زیرشکن - با ساقه منحنی شکل و همچنین بهینه سازی حجم آن در خاکهای Clay loam پرداخته شده است .پس از ساخته شدن مدل سه بعدی به روش مهندسی معکوس در نرم افزار ansys ، با اعمال قیود و شرایط مرزی مقتضی ، بار گذاری روی مدل انجام شده است. نیروی وارد شده به یک ساقه 8 / 76 KN به دست آمد .
بارگذاری ها برای حالت بارهای ممکنه در خاکهای Clay loam از طریق نیروی کشش تراکتور برروی مدل انجام شده و تحلیل مکانیکی مدل در حالت آنالیز استاتیکی خطی انجام شد، در این بارگذاری ها ماکزیمم تغییر شکل و ماکزیمم جابجایی نسبت به حالت اولیه در انتهای پایینی ساقه و ماکزیمم تنش در اطراف سوراخ کوچک محل اتصال ساقه به شاسی می باشد. ماکزیمم تنش وون میزز 391MPa و بیشترین کرنش معادل وون میزز برابر0 / 201 × 10 - 3 می باشد . همچنین در این پژوهش به کمک بهینه سازی توپولوژی ،حجم ساقه برای بار گذاری خاک Clay loam بهینه سازی شد و با %42 کاهش حجم، مینیمم حجم ساقه برای کاردر این خاکها به دست آمد .
مقدمه
زیرشکن شبیه به گاوآهن های چیزل بوده اما سنگین تر و قوی تر از آنها ساخته می شوند، زیرا از آنها برای نفوذ و کار در اعماق زیاد معمولاٌ 40 تا 100 سانتیمتر استفاده می شوند . زیرشکن برای خرد کردن سخت لایه یا خاکهای غیر قابل نفوذ به آب باران به کار می روند و دارای دسته های قوی هستند . زیرشکن ها از دو قسمت مهم و مجزا تشکیل شده اند که یکی تیرک افزار یا شاسی است و دیگری شاخه یا شاخه ها که هر شاخه به نوبه خود از سه قسمت مهم دیگر یعنی ساقه کفش و تیغه یا نوک تشکیل شده است برای جلوگیری از صدمه دیدن زیر شکن و همچنین تراکتور در موقع برخورد شاخه با موانع احتمالی معمولاٌ شاخه مجهز به پیچ بریده شونده ایمنی است .
چیزل های زیر شکنV شکل نوع خاصی از زیر شکن ها هستند که دارای شاسی V شکل و 5 تا 12 شاخه می باشند. این نوع زیر شکن را می توان برای شکستن لایه های سخت که در عمق 40 تا 60 سانتمتری قرار گرفته است به کار برد .شاخه ها ممکن است با فاصله 40 تا 100 از یکدیگر قرار بگیرند .این چیزل ها سطح خاک را بصورت ناهموار ، باز و شل بجامی گذارد
نرم افزار ansys یکی از روشهایی است که برای ارزیابی یک ساختار زیر بارهای استاتیکی پیش از درست کردن مدل اصلی به کاررفته است.این توانایی طرحمان را به سوی بهبودی هدایت می کند.. انسیس یک بسته نرمافزار همهمنظوره مبنی بر تحلیل اجزا محدود است.که اجازه ی شبیه سازی سه بعدی را بدون پرداختن به جزییات کامل را فرا هم می کند
پژوهشهایی توسط بسته نرم افزای ansys بر روی زیرشکن ا نجام شده است از جمله ،به کار بردن آنالیز دینامیکی برای برای انتخاب بهترین شکل زیرشکن با استفاده از ansys و تحلیل قدرت ساختمانی یک زیرشکن با اجزاء محدود.
ما در این پژوهش با توجه به نیروهای وارد برخاک ورز در شرایط خاک مورد نظر به بهینه سازی حجمی ساقه زیر شکن پرداخته ایم با توجه به کم بود منابع با بهینه سازی حجمی می توانیم با مصرف فولاد کمتر همان کارایی را از زیرشکن انتظار داشته باشیم.
مواد و روشها مدل سازی
در این پژوهش یک زیرشکن با شاسی V شکل مورد مطالعه قرار گرفته است. برای ساختن مدل ساب سویلر در این پژوهش از یک زیرشکن دو شاخه استفاده شد . که فاصله بین دو شاخه 60 سانتیمتر می باشد ، استفاده شد. ارتفاع شاخه ها در این مدل 66 سانتیمتر می باشد که 10 سانتیمتر آن را گیره فرا گرفته است که 50 سانتی عمق نفوذ حداکثر دستگاه می باشد . این زیر شکن به صورت سوار توسط اتصال سه نقطه به تراکتور بسته می شود . ساقه توسط دو پیچ به یک گیره که آن را به شاسی متصل کرده پیچ شده است. پیچ جلویی، پیچ بریده شوند است که قطر آن 12/70 میلیمتر است و قطر پیچ عقبی 22/3 میلیمتر می باشد. در صورتی که تنش برشی وارد شده به پیچ جلویی از مقاومت تسلیم این پیچ بیشتر شود پیچ بریده می شود.
به دلیل وجود تقارن درزیرشکن و برای سادگی کار یکی از شاخه های زیرشکن در نرم افزار اجزاء محدود ansys به صورت سه بعدی مدل سازی شده که برای شاخه ی دیگر هم تعمیم داد. ساقه واقعی و ساقه مدل سازی شده در - شکل. - 1 قابل مشاهده است
- شکل. - 1 الف. ساقه واقعی
ب . ساقه مدل سازی و المان بندی شده
برای انجام این پژوهش ابتدا مدل هندسی شاخه زیر شکن به کمک قابلیت های مدل سازی نرم افزار انسیس به روش مهندسی معکوس مدل سازی شد . سپس برای المان بندی آن از المان solid 45 استفاده شد. این المان یک المان آجری سازه ای می باشد . مدل توسط این المان به اجزاء ریزتری تبدیل شد. سپس بر روی مدل باید قیود قرار داد. این قیود بر روی قسمتی از شاخه قرار می گیرد که به شاسی متصل شده به این منظور باید گره های اطراف سوراخ پیچها در کل جهات مقید شوند تا از حرکت آنها جلوگیری شود سپس بایستی سطح بالایی شاخه در جهت y مقید شود. تا مدل آمادگی لارم را برای پذیرش نیرو داشته باشد.
هدف از انجام آنالیز استاتیکی خطی محاسبه رفتار مستقل از زمان سازه - ساقه زیر شکن - در برابر بارگذاریهای وارد شده بر آن بر اثر نیروی کشش تراکتور در خاک است. ما برای بهینه سازی زیر شکن نیاز به المانی داریم که قابلیت بهینه سازی را داشته باشد و چون Solid45 این کار را نمی توانست انجام دهد از المان Solid95 که با این قابلیت سازگاری دارد انتخاب شد و قیود و بارگذاری های لازم مربوط به خاکهای سبک بر روی ساقه انجام شد. پروسه بهینه سازی توپولوژی از چهار قسمت تشکیل شده است :
تعیین توابع بهینه سازی تعیین توابع هدف و قیودی انجام مقدمات بهینه سازی اجرای بهینه سازی توپولوژی
خواص فولاد مورد استفاده
برای ساخت ساقه زیرشکن از فولاد St 37-2 استفاده می شود که که خواص آن با توجه به مشخصات که در - جدول. - 1 داده شده به کار رفته است.
جدول.1 خواص فولادSt 37-2 Specification Value
نیروی وارد بر ساقه
بر طبق الگوی [McKyes, and Ali., 1977] نیروها ی اعمال شده در مورد یک وسیله کشاورزی تخمین بزند. ما این مدل را انتخاب کردیم برای اینکه ساده و دقیق است و با تجربه نتایج تایید شده ای را نشان داده است ، مخصوصاً در سرعتهای پایین. برای بهبود یافتن ، اثر چسبندگی خاکی ابزاری و سرعت وسیله را به کار می برد
