Talaj-szerszám kapcsolatának modellezése DEM (Diszkrét Elemes Módszer) alkalmazásával

Szombati Kristóf Márton BSc IV. évf.

e-mail: kristof.szombati@gmail.com

Konzulens: Tamás Kornél, BME Gép- és Terméktervezés Tanszék

e-mail: tamas.kornel@gt3.bme.hu

A talajművelő gépek tervezése során a művelő eszközökre ható erők meghatározása, illetve az adott geometriájú művelő szerszám által a talajban létrehozott változás megfigyelése, mérése régóta gondot jelent a tervezőmérnökök számára. Korábban talajvályús és szántóföldi mérésekkel lehetett ezeket a tervezéshez és optimalizáláshoz szükséges adatokat megszerezni. Azonban az ilyen mérések drágák és időigényesek. Az iménti problémákra jelent megoldást a különböző talajművelő gépek művelő elemeinek diszkrét elemes vizsgálata.

A diszkrét elemes módszerrel szemcsés anyagokat lehet modellezni, mint a talaj, különböző vetőmagok, vagy akár műtrágya granulátum. A DEM modell alap elemei 2D-ben korongok, 3D-ben gömbök, amik között kapcsolatokat is definiálhatunk, ha az anyagban kohézió is van. Ha megtudjuk határozni a talaj viselkedését leíró paramétereket (kohézió és belső súrlódási szög) vagy direkt nyíródobozos vizsgálattal különböző normál irányú előterheléseknél a talaj elnyírásához szükséges erőt, akkor a kapott adatok segítségével lemodellezhetjük az adott talaj mechanikai jellemzőit. Miután pontosan elvégeztük a modell paramétereinek a beállítását, különböző, akár CAD rendszerekből importált geometriájú szerszámokkal vizsgálhatjuk a művelő elemekre ható erőket, illetve a talajban létrejött változásokat. A kapott adatokat sok mindenre használhatjuk: különböző geometriájú szerszámok munkaminőségi és energetikai adatait összevethetjük, így meghatározhatjuk az adott talajra a legmegfelelőbb szerszámot illetve szerszám kombinációt. Az ébredő erők amplitúdója és frekvenciája alapján ellenőrizhetjük a talajművelő gép teherviselő részeit akár statikus terhelésre, akár kifáradásra.

A dolgozatomban először a diszkrét elemes módszer elméleti hátterét, illetve a talaj lemodellezéséhez szükséges talajmechanikai ismereteket szeretném bemutatni. Ezt követően a szántóföldi homokos talaj jellemzőinek direkt nyíródobozos mérését, illetve a DEM modell ez alapján történő validálását fogom elvégezni. Az így kapott talajmodellben egy középmély lazító vizsgálatát végzem el, melynek különlegessége a változtatható gerinclemez távolság. Végül a szimulációból kapott erőhatásokkal, véges elemes módszer segítségével ellenőrzöm a szerszámtestet és a felfüggesztését az adott terhelésre.

Irodalom:

1. Bagi Katalin: A diszkrét elemek módszere. BME Tartószerkezetek Mechanikája Tanszék, Budapest, 2007.

2. Arnold Verrujit: Soil mechanics. Delft University of Technology, Delft, 2006.

3. Tamás Kornél, Jóri J. István, Abdul M. Mouazen: Modelling soil-sweep interaction with discrete element method. Soil & Tillage Research, vol 134, 223-231 (2013. november)

szerző

Szombati Kristóf Márton
gépészmérnöki
nappali alapszak

konzulens

Dr. Tamás Kornél
egyetemi docens, Gép- és Terméktervezés Tanszék

helyezés

Jutalom