基于仿生设计方法的开沟器优化设计

来源：计算机集成制造系统杂志2022年第4期北京时间：

作者：张志丰, 张峻霞, 张琰

单位：1.天津科技大学机械工程学院2.天津市轻工与食品工程机械装备集成设计与在线监控重点实验室

摘要：为降低开沟器犁地阻力,同时提高开沟效率,基于仿生设计方法对开沟器曲面进行优化设计。仿生开沟器设计依据土栖生物蝼蛄独特的爪趾形态特征,因其在快速挖掘过程中其爪趾具有突出的低阻力特性。通过逆向工程方法构建出蝼蛄爪趾的生物立体模型,并模拟4个爪趾楔入土壤的过程。结果显示,爪趾T2在楔入角度为35°时土壤应力值相对最小且应变值相对最大。提取爪趾T2的4条生物轮廓曲线,对曲线进行拟合后应用于仿生开沟器的设计方案。将仿生开沟器设计方案通过模拟仿真方法进行验证,在相同条件下对原型开沟器进行仿真实验。研究表明,优化后的仿生开沟器作用于土壤后,较原型开沟器作用于土壤产生的最大应力降低56.32%,最大应变提高27.80%,提高了开沟器的开沟效率。

关键词：开沟器,逆向工程,有限元分析,仿生设计

基金资助：国家自然科学基金青年基金资助项目(51405341);天津市自然科学基金资助项目(15JCYBJC19300)。