基于离散元法的凿形深松铲磨损行为的仿真分析

磨损是凿形深松铲失效的最主要方式。采用离散元法对凿形深松铲的深松过程进行了仿真,从土壤颗粒运动、凿形深松铲受力、磨损识别和磨损机理等方面分析了凿形深松铲的磨损行为。结果表明,深松过程中凿形深松铲前方的不同层土壤颗粒没有发生混合,土壤与凿形深松铲前表面的相互作用主要为滑动摩擦;凿形深松铲前表面附近的土壤颗粒运动方向与凿形深松铲半径方向存在一定的夹角,凿形深松铲前表面附近的土壤颗粒与凿形深松铲存在一定的相对滚动;铲尖在水平方向和垂直方向的受力大小相接近,铲柄受力主要来源于土壤颗粒对铲柄前进的阻碍作用;深松铲在切向上的累积接触能大于法向上的累积接触能,法向累积接触能的最大值为0.895 8 J,切向累积接触能的最大值为2.047 6 J,即切向磨粒磨损作用大于法向冲击磨损作用,铲柄切削刃磨损深度平均值随着高度的增加不断减小,铲尖上表面磨损深度平均值随着高度的增加不断增大,铲尖前表面是凿形深松铲磨损最严重的区域;随着深松速度的不断增加,铲柄切削刃磨损深度平均值的增长率也不断增大,铲尖上表面磨损深度平均值的增长率也不断增大。