基于流固耦合实例——插秧机泥田耕作仿真案例详解

本文摘要（由AI生成）：

本案例详解了基于流固耦合力学分析的插秧机动力学模拟过程。通过构建车架与车轮的简化模型，并采用特定的网格划分和材料定义，模拟了插秧机在泥田中的运动过程。过程中详细介绍了网格划分、材料属性设置、转动铰链创建、载荷施加、边界条件设定以及流固耦合关键字的添加等步骤。最终通过求解，展示了插秧机在泥田中的动力学行为，为插秧机的设计和优化提供了重要参考。

写在前面：流固耦合力学是流体力学与固体力学交叉而生成的一门力学分支，它是研究变形固体在流场作用下的各种行为以及固体 位形对流场影响这二者相互作用的一门科学。流固耦合力学的重要特征是两相介质之间的相互作用，变形固体在流体载荷作用下会产生变形或运动。变形或运动又反过来影响流体运动，从而改变流体载荷的分布和大小，正是这种相互作用将在不同条件下产生形形**的流固耦合现象。

背景介绍：

插秧机是将稻苗植入稻田中的一种农业机械。进行种植时，首先以机械爪从苗床中取出数株稻苗植入田中的泥土，为了保持对苗床与地面的角度为直角，机械爪的前端移动时必须采取椭圆形的动作曲线。动作是靠着旋转式或变形齿轮的行星机构来完成，前进的引擎同时可以带动这些动作机械。插秧机在泥土上行进必须有止滑的车轮及浮行设计。插苗若是成片，则是从特定的秧苗箱中取出稻苗，再以机械方式种植。

本次案例中，将简化插秧机结构，仅保留车架与车轮部分，通过添加约束、载荷与边界条件，模拟插秧机在泥田中的运动过程，实现动力学分析。

★案例详解★

1  网格模型

车架、车轮采用2D_Shell网格单元划分，水、土壤采用3D_Solid网格划分。

2 材料定义

要点：土壤采用#147材料，此材料需要在LS-prepost中定义。

密度为2350Kg/m3  含税率为0.3

3  属性设置

要点：水和土壤采用11号算法公式EQ.11:1 point ALE multi-material element，也就定义了其流体的性质。其中水还引用了状态方程，具体解释参见LS-dyna用户手册。

4  材料属性赋予

5 转动铰链的创建

5.2 创建铰链component。

5.3 创建转铰：

1D—fe_joint—revolute，依次顺序选择1、2、3、4点

5 .4 按照上述方法创建4个小轮、2个大轮的转铰（转铰创建的详细过程请联系作者）

6  载荷施加

施加方法：*BOUNDARY PRESCRIBED MOTION+载荷曲线该关键字作用：在节点或一组节点上定义强制节点运动（速度，加速度或位移）

6.1 添加载荷曲线

6.2 施加载荷（ls-prepost）

对4个小轮、2个大轮施加相应的转动载荷，对机架施加移动载荷。

7 边界条件

7.1 土壤底部固定约束

添加底部节点为node_set——>添加spc固定约束。

7.2 无反射边界条件添加

添加土壤周边节点为node_set——>添加无反射边界条件

8  流固耦合关键字

添加小轮、大轮分别与水和土壤的流固耦合关键字

9 多物质运动接触关系

 添加水、土壤为多物质运动

10求解结果展示