摆式犁体是高速铧式犁重要的耕作部件,犁铧与犁胸是摆式犁体关键的耕作部位。因此,研究摆式犁体,尤其是犁铧/犁胸长切削寿命关键影响因素对提高我国高速铧式犁耕作寿命和粮食生产能力具有非常重要的理论价值和现实意义。随着计算科学的发展,我们现在能够采用数值方法来分析犁耕过程中土壤的粘塑性流态行为,模拟犁体与土壤的相互作用过程,研究不同工况条件下犁体面上机械应力、温度场、热应力、耦合应力分布及变化和犁体耕作时的热力耦合行为,进而探索摆式犁体的长寿命影响机理。目前,研究土壤-犁体曲面相互作用时土壤流态行为,犁体热力耦合行为研究较少,相关机理分析也并不多见,为此本课题开展了以下研究工作:1、不同工况条件下,土壤-摆式犁体相互作用特性分析。以摆式犁体为研究对象,选取新疆砂粘土,建立其土壤流变力学模型,采用计算流体动力学方法,研究不同耕深、耕速条件下土壤-摆式犁体相互作用过程、载荷分布特性。结果表明,摆式犁体犁铧铧尖区、犁胸胫刃区载荷最大;载荷随着犁体耕深、耕速增加而逐渐变大。计算结果与田间实际作业较为一致。2、不同工况条件下,摆式犁体犁耕阻力状况分析。建立摆式犁体三维虚拟立体模型,构建摆式犁体多体动力学计算模型,运用牛顿拉夫孙迭代算法,研究不同工况条件下,摆式犁体犁耕阻力变化状况和受载特性。结果表明:犁耕阻力随着犁体耕深、耕速增加而逐渐变大。3、不同工况条件下,摆式犁体耦合耕作性能分析。利用基于有限元分析技术的热力耦合计算方法,研究不同工况条件下,摆式犁体,尤其是犁铧铧尖区、犁胸胫刃区,机械应力状况、耕作温度变化、热应力分布及耦合应力影响犁体耕作寿命程度。结果表明:最大机械应力、最高耕作温度、最大耦合应力均出现在犁体犁铧铧尖区、犁胸胫刃区;并以此进一步阐明了铧尖/胫刃区局部作业高温与犁体长寿命的关联性。结果表明:热力耦合应力最大值与机械应力最大值差距明显,热载荷对摆式犁体实际受力影响较大,在摆式犁体性能分析中不可忽视。本文首次尝试采用计算流体动力学方法思想,分析土壤-摆式犁犁体面的相互作用机理,利用基于有限元分析技术的热力耦合计算方法,研究摆式犁体田间作业热力耦合行为。两种方法的计算结果较为一致,这验证了本课题采用计算流体动力学与有限元热力耦合数值分析方法研究犁体与土壤相互作用问题的正确性。研究结果对解决其它农机具-土壤流变扰动、耦合行为相互作用机理问题具有较好的借鉴意义。