使用Altair EDEM™评估土壤相互作用的农业机械轮胎设计和性能

Heron Dionisio和Anderson Calhabeu，Brometeon轮胎集团

使用拖拉机、谷物收割机和卡车等农业机械往往与它们对土壤的影响以及因此对新作物的种植的影响有关。在这个主题中，轮胎扮演着重要的角色，因为它为系统提供足够的牵引力，并防止土壤受损或过紧。

多年来，Prometeon轮胎集团一直使用有限元方法(FEM)开发和测试卡车，客车，农业和越野轮胎。作为Prometeon和Altair最近合作的一部分，我们能够在可变地形中模拟轮胎与土壤的相互作用，其中软土被建模为颗粒床，EDEM是市场领先的离散元素法(DEM)软件。

EDEM提供了各种各样的选项来建立一个模型，该模型能够评估轮胎的设计和性能，包括不同的特性，如牵引力和自清洁能力，即使轮胎是刚性几何体。

模拟轮胎运行的一个关键方面是真实地模拟其与土壤的相互作用。轮胎脚印是轮胎胎面与土壤表面接触的部分。因此，有必要在虚拟环境中对其进行真实的再现。

Prometeon与Altair合作开发了一个具有代表性的土壤材料模型，该模型最初基于通用EDEM材料模型数据库中的材料模型，考虑了轮胎-土壤的正常压力-下沉响应和颗粒尺度来解析轮胎胎面花纹。因此，为了重现实验室试验，在EDEM中建立了轮胎加载砂土的模拟。轮胎足迹的几何形状被扫描并在电脑中重建。我们还测量了垂直力作用下轮胎对沙子的穿透度。

对土颗粒的材料特性进行校正后，离散元模型与试验结果具有良好的相关性。尽管很难准确测量占地面积的尺寸，但真实模型和虚拟模型之间的差异约为3-4毫米。

一旦校准了土壤材料及其与轮胎的相互作用，我们就可以继续进行动态分析了。这些可以用来观察滚动轮胎对土壤的影响，以及这些影响如何随着轮胎的工作条件如垂直载荷、纵向速度等的变化而变化。

轮胎仿真需要同时应用运动学边界条件(位移和速度)、力和力矩。最初，EDEM不允许这种设置。因此，Altair团队开发了两个EDEM耦合接口应用程序，用于应用固定角速度和固定扭矩，分别称为“RPM fixed”和“torque fixbob电竞官方ed”。该团队随后在主EDEM软件中实现了扭矩和力驱动运动学。

RPM Fixed解决了旋转和平移运动之间的耦合问题：现在，如果用户将旋转运动应用于轮胎几何体，则由于与土壤接触区域中存在的摩擦力，轮胎开始向前移动。

这两个插件还改进了EDEM动态领域的能力，因为它现在可以自动跟踪轮胎几何运动，甚至当力和力矩的应用。EDEM动态域是一个非常强大的特性，可以节省时间和计算成本。

随着粒子数的增加，DEM的计算量也随之增加。通过使用EDEM动态域，仅通过模拟动态域几何结构内的约束粒子，就可以在模拟中模拟总粒子的一小部分，从而由于模拟性能的提高而节省时间。

利用这些特性，EDEM使用户能够进行广泛的分析，例如评估轮胎打滑，甚至通过验证作用在土壤颗粒上的压缩力来估计轮胎在土壤中造成的影响。

关于作者

Heron Dionisio是巴西Prometeon轮胎集团的研发工程师，他利用有限元分析（FEA）和计算流体力学（CFD）等计算机模拟工具开发工业轮胎及其制造工艺。

Anderson Calhabeu是巴西Prometeon轮胎集团的创新协调员，负责开发开放式创新，包括轮胎和工业过程的新材料和计算模拟。

牵牛星小组的一份报告

”很荣幸能够与Prometeon团队在EDEM这个令人兴奋的新领域如此紧密地合作。轮胎-土壤相互作用是决定许多非公路应用性能的关键现象。通过与Prometeon团队的合作，我们能够了解更多有关轮胎制造商如何设计和测试其产品的信息，并了解我们的模拟技术如何发展，以更好地支持他们的需求。这是一个领域，我们将继续扩大我们的能力，我们感谢Prometeon的所有工作与我们迄今为止，并继续支持。bob电竞官方”

David Curry，Altair EDEM业务开发首席工程师