仿生镇压辊减粘降阻的有限元分析与试验验证

利用ABAQUS软件建立了传统镇压辊和仿生镇压辊与土壤相互作用的三维有限元模型。模拟结果中伪应变能约占内能的0.1%，传统镇压辊和仿生镇压辊的牵引阻力的模拟值和试验值相对误差分别为11.47%和2.38%，模拟值和试验值吻合较好，验证了模型的可靠性。从Mises应力云图、镇压辊与土壤接触面积和位移云图3方面对2种镇压辊的模拟结果进行了对比。结果表明：仿生镇压辊与土壤的接触应力显著大于传统镇压辊，更利于将土壤表层的土块压碎；仿生镇压辊与土壤的接触面积比传统镇压辊降低了79.05%，有利于降低土壤与仿生镇压辊表面的粘附力，且土槽试验结果得到仿生镇压辊的粘附土壤量比传统镇压辊降低52.78%；仿生镇压辊表面的肋条结构能在一定程度上约束土壤流动，避免了壅土现象的产生；2种镇压辊的下陷量相差很小，压实阻力基本相同，但仿生镇压辊更利于压实表层土壤；传统镇压辊造成土壤沿镇压辊宽度方向的位移扰动量大于仿生镇压辊，需要消耗更多的功。土槽试验结果表明：与传统镇压辊相比，仿生镇压辊的阻力降低了28.66%。