BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM Gépészmérnöki Kar Gép- és Terméktervezés Tanszék
PhD tézisfüzet
A talaj és a kultivátorszerszám egymásra hatásának modellezése
Készítette: Tamás Kornél Okl. ipari termék- és formatervező mérnök Témavezető: Prof. Dr. Jóri J. István egyetemi tanár
Budapest 2016
2
1
A téma ismertetése, célkitűzés
A növekvő népesség megfelelő mennyiségű és minőségű élelmiszerrel való ellátásában a fenntartható növénytermesztés és ezen belül a talajművelés alapvető jelentőséggel bír. A környezetkímélő talajművelési eljárások egyre nagyobb hangsúlyt kapnak Ausztrália, USA és Európa országaiban. A mezőgazdaságon belül a talajművelés feladata biztosítani a megfelelő talajállapotot az adott régióban legmegfelelőbb haszonnövények számára. Napjainkban átfogó vizsgálatokat és elemzéseket szükséges végezni, hogy az éghajlat és a környezeti változásokat figyelembe véve, melyek a megfelelő talajművelő eljárások. A mezőgazdaságra szerte a világon veszélyt jelent a víz és a szél által okozott talajpusztulás. Az erózió közvetlenül hatással van a gazdálkodási területek nagyságára és minőségére, illetve a növénytermesztésen keresztül az élelmezésre. A termőföld helytelen agrotechnikai kezelése katasztrofális méretű talajpusztuláshoz vezethet. A talajművelés új rendszerében az utóbbi időben mind nagyobb jelentőségre tettek szert a szántóföldi (mulcs) kultivátorok. A kultivátorszerszám geometriájának optimális megválasztása különösen fontos a megfelelő talajlazítás miatt. A kultivátorok tervezéséhez ismerni kell a kultivátorkapák működési mechanizmusát és energiaszükségletét. Célkitűzéseimet a következő pontokban fogalmaztam meg: 1. Kutatásom célja egy olyan diszkrételemes talaj-kultivátorszerszám modell megalkotása, amelyben beállítható a mezőgazdasági talajokra jellemző kohézió, illetve amellyel modellezhetőek a talajlazítás során kialakuló repedések, törések és az egyéb méréssel igazolható talajmechanikai jellemzők a művelési folyamat leírásához azért, hogy a kultivátorszerszámok tervezését megbízhatóbb alapokra helyezzem. 2. A talajmechanikai vizsgálatokkal az esetek többségében a talaj makromechanikai jellemzőit mérjük. Ezért a makromechanikai jellemzők meghatározását követően célom a diszkrételemes módszer alkalmazásánál szükséges mikromechanikai jellemzők nagy pontosságú beállítása. A szemcsekapcsolatokban alkalmazott makro- és mikromechanikai beállítási paraméterek verifikációját a direkt nyíródobozos szimulációk, illetve az összetettebb triaxiális nyírószimuláció eredményeivel tervezem igazolni. 3. Szeretném feltárni, hogy a mikromechanikai jellemzők vizsgálatainál a talajfizikai hatáselveknek megfelelően a parallel-bond kapcsolati modellben megadható paraméterek megváltoztatásával hogyan lehet a modellben a repedések, törések kialakulását szabályozni, beállítani. A modell alkalmasságát a szimulációs és talajvályús mérések eredményeinek összehasonlításával, illetve a valós és a szimulált nyírókísérletek eredményeivel kívánom igazolni. 4. A statikus modellparaméterek vizsgálatán túl a dinamikus, sebességfüggő paraméterek (csillapítás) elemzését is el szeretném végezni, hiszen a talaj nedvességtartalma miatt tapasztalható kísérőjelenségnek (az úgynevezett kapilláris-hatásnak) fontos szerepe van a talajlazítás energiaigényében a szerszám előtt kialakuló deformációs zóna méretei miatt. 5. A létrehozott talaj-szerszám modelljének szimulációi során célom annak az igazolása, hogy a szakirodalomban fellelhető eredmények tükrében is megfelelő a talaj-szerszám modell. Ennek során a kohézív talaj és szerszám kapcsolatának elemzésével egy adott kultivátorszerszám (β) ráhelyezési szögének, a művelési mélységének és sebességének a vontatási ellenállásra és a művelés minőségére gyakorolt hatását tervezem meghatározni. Tehát a vizsgálati módszer olyan mértékű kidolgozása a célom, amely a szerszám ráhelyezési szöge, a sebesség és a lazítottság közötti optimális beállítási értékek meghatározását teszi lehetővé. A diszkrételemes módszer korszerűsége következtében a korábbi megközelítéseknél pontosabb, a szántóföldi vizsgálatoknál kevésbé élőmunka-igényes értékelésre alkalmas. A szimulációk alkalmazásával egy olyan módszer kidolgozása a célom, amely segítséget nyújt a mezőgazdasági gépgyártók számára.
3
2
Előzmények, kutatási módszerek
A kultivátorszerszámok működésének elemzése szántóföldi („in situ”), illetve laboratóriumi talajvályús vizsgálatokkal lehetséges. Az analitikus megoldások nem teszik lehetővé a talaj kultivátorral történő lazításának a minőségi elemzését, ugyanis csak a várható vonóerő igényre adnak választ adott talajtípus esetén (1. ábra). Talaj és szerszám egymásra hatásának modellezése
Modellek a vontatási ellenállás meghatározására
A talajtörés mechanikai modelljei
Empirikus
Progresszív vágás
Analitikus
Repedés
Numerikus
Összeomlás Végeselemes Módszer (FEM)
Viszkózus
SPH Módszer Numerikus Áramlástani Modellek (CFD) Diszkrételemes Módszer (DEM)
1. ábra A talaj és szerszám hatásmechanizmusának szakirodalmi modelljei.
A numerikus módszerek közül a végeselemes FEM modellek (finite element method) csak részben képesek leírni a talaj-szerszám hatásmechanizmusát, mivel a kialakuló repedések leírására csak korlátozottan alkalmazhatók. Az előző megállapítás tehető a CFD (computational fluid dynamics) szimulációk esetén is, ahol a talaj mozgását áramlástani szempontból közelíti meg. A kontinuum modellek közül az SPH (smoothed particle hydrodynamics) módszer alkalmas a talajlazítás vizsgálatára. Az SPH módszer is makromechanikai beállításokkal használható, a talaj keveredésének, illetve a kohézió következtében kialakuló aggregátumok, klaszterek mozgásának a leírására viszont nem alkalmas. A talaj-szerszám kapcsolat modelljében a leginkább korszerű megközelítés szerint a modelltalaj diszkrét, teljesen merev szemcsékkel leírható és a részecske dinamika (diszkrételemes módszer) alkalmazásával szimulálható. Ezen feltételezés szerint a talajvágás és szétválás közben diszkrét, egyedülálló komponensekre bomlik, amely a talajdeformáció, illetve törés elemzésére ad lehetőséget. Sadek és kollégái (2011) a DEM módszert alkalmazták a szerszám és a talaj kapcsolatának elemzéséhez. Vizsgálataik során a DEM-ben létrehozott nyíróvizsgálatukat validálták a laboratóriumi direkt nyíró berendezéssel, különös figyelmet fordítva a talaj nedvességtartalmára. Eredményeik rámutattak, hogy a talaj nedvességtartalma a szemcsék véges térfogaton történő összeragasztásával létrehozott (parallel-bond) kapcsolati modellel reprodukálható [1]. Chen és társai (2013) a DEM modelljüket azért fejlesztették, hogy a zagylé talajba juttatását modellezzék. Vizsgálataik során a talaj vágásához szükséges erő (függőleges és vízszintes erőkomponensek) és a lazítottság minőségének az elemzésére nyílt lehetőség. A validált modelljük 10% hibahatáron belül volt a mérésekhez képest. A modelltalaj dinamikus viselkedése és a mikro tulajdonságok közötti összefüggéseket még nem kutatták [2]. 4
Obermayr és munkatársai (2014) a kutatásaikban a talajt durván három részre osztották: kohézió nélküli, kohéziós és cementált talajtípusokra. Állításuk szerint a validálás során használt modellparaméterek nem jelentik az egyetlen jó beállítást, hiszen más beállításokkal is megadhatók az adott talaj makromechanikai tulajdonságai [3]. Ucgul és kollégái (2014) lineárisan rugalmas, hiszterézises rugókat alkalmaztak kapcsolati modellként [4]. Mérték a "potyogtatott szemcsehalmaz" rézsűszögét és penetrációs ellenállását a megfelelő kohézió nélküli talaj kapcsolati paraméterek beállításához. A megjelent DEM kutatások között nem volt olyan modell, amely szimulálta volna a CAD rendszerből beimportált kultivátorszerszám és a kohézív talaj kapcsolatát a talajban kialakuló repedések figyelembevételével. Triaxiális nyírószimulációt már végeztek köveken, viszont talajon végzett vizsgálati eredményekről még nem számoltak be. A szakirodalmi áttekintésem alapján jól látható, hogy nem volt olyan kutató, aki a DEM módszerben a direkt nyírószimuláció és a triaxiális nyírószimuláció eredményeit egyaránt vizsgálta volna, igazolva a parallel-bond modell beállítási paramétereit.
A DEM talajmodell paraméterérzékenység-vizsgálata nyíródobozos szimulációval A validáció során paraméterérzékenység-vizsgálatot végeztem a parallel-bond kötés működésének a feltárására. A mikromechanikai jellemzők hatásait a direkt nyíródobozos szimulációval elemeztem (2.a,b ábrák).
a) b) 2. ábra A direkt nyíródoboz DEM modellje, illetve b) a parallel-bond kapcsolatok felszakadása az alsó dobozfél elhúzása közben.
Az 2.b ábrán jól látható a parallel-bond kötések felszakadása, ami jól mutatja a nyírt keresztmetszet mentén kialakuló repedéseket.
A DEM talajmodell érzékenységvizsgálata triaxiális nyíró szimuláció alkalmazásával A parallel-bond kapcsolati modell érzékenységét a PFC3D szoftverben rendelkezésre álló triaxiális nyírószimuláció alkalmazásával is megvizsgáltam (3.a,b,c ábrák).
a) b) c) 3. ábra a) A triaxiális nyírószimuláció modellje, b) a szemcsék (sárga) és a parallel-bond kötések (fekete) megszűnése, c) a nyírás során megmaradt parallel-bond kötések (fekete színnel jelölve) és létrejövő nyírógörbe 54156 Pa előterhelés esetén.
5
A triaxiális nyíróvizsgálat eredményei a 3.a,b,c ábrákon láthatók. A 3.c ábrán jól látható a fekete színnel jelölt parallel-bond kötések felszakadása és eltűnése a mintából, amely kirajzolja a nyírás során kialakult repedési síkokat.
A laboratóriumi talajvályús vizsgálat A DEM szimuláció validálásához a NAIK Mezőgazdasági Gépesítési Intézetben található laboratóriumi talajvályú (4.a ábra) és mérőkocsit (4.b,c ábra) alkalmaztam a lúdtalp kapa vonóerő igényének meghatározásához és művelési minőségének elemzéséhez. A talajvályú hossza 50m, szélessége 1,95m és homoktalajjal volt feltöltve, melyben a kohézió víz hozzáadásával, illetve tömörítő vibrátorral került beállításra. Az alkalmazott mérés adatgyűjtő Spider-8 (HBM GmbH.), a mintavételi frekvenciája: 800Hz a hordozható számítógép IBMX600 (IBM) és ROD 430 forgásjeladó (Heidenhain 295 444 7 645 07) volt.
a) b) c) 4. ábra Laboratóriumi talajvályú és mérőkocsi a) 1. homoktalaj 2. simító 3. tömörítő egység 4. lúdtalpkapa 5. hárompont felfüggesztés 6. vontató kocsi, b) a szerszám rögzítése és c) a vizsgálat.
A vizsgálatok a talajvályú 18 m-es mérőszakaszán történtek három beállított sebességgel (lassú:0,5 m/s, közepes:1,33 m/s és maximális:2,38 m/s), melyet ROD 430 forgásjeladó (Heidenhain 295 444 7 645 07) segítségével határoztam meg. Minden mérőszakaszon megmértem a felbélyegzett kapaszár vontatásához szükséges erőt [N], az egyes mérőszakaszok megtételéhez szükséges időt [s] és a mérőkocsi sebességét [m/s].
A talaj-kultivátorszerszám kapcsolatának diszkrét elemes modelljei A vizsgálathoz felállított 3D DEM modell főbb méretei 5. ábrán láthatók, ahol a kapatest szélessége: 228mm, a 2γ szerszám nyílásszög: 70°, a β szerszám ráhelyezési szög: 25°.
5. ábra A módosított DEM modell háromdimenziós elrendezési vázlata és méretei a talaj-kultivátorszerszám kapcsolat modellezéséhez (L=1000mm, W=1000mm, H=450mm).
6
PFC3D 3.00
Job Title: sC2_mA_tA10
Settings: ModelPerspective Step 753241 11:52:49 Tue Nov 24 2015
A DEM szimuláció során még szélesebb sebességtartományban (0,8 - 4,1 m/s) vizsgáltam a talajCenter: kultivátorszerszám egymásraRotation hatását. X: 7.509e-001 X: 20.000 MindY: a5.001e-001 két modell alkalmazása Y: 0.000 során a szerszám útvonalába (6. a ábra), illetve arra merőlegesen 4 db mérőgömböt (6.b ábra) helyeztem el. Ezen mérőgömbök mérési eredményeinek az átlagából határoztam meg a Z: 4.375e-001 Z: 330.000 Dist: 5.129e+000 Mag.: porozitást, 1 szerszám munkája során létrejövő a koordinációs számot, mint a lazítottság mérőszámait. A csúszó Ang.: 22.500 kapcsolati hányad pedig, a talajnak átadott energia következtében a valós porhanyítással összhangban álló mutató.
Ball Axes
Linestyle
Z
Measurement Spheres Wall
4 3 2 Y1
X a)
b)
6. ábra A szimulációs eredmények értékeléséhez alkalmazott mérőgömbök elhelyezkedése a) a szerszám mozgásával párhuzamosan, illetve b) merőlegesen. Consulting Group, Inc. A Itasca 3D DEM szimuláció során 10.000 gömbelem szimulálta a talajt, a súrlódási tényező definiálva USA μ=0,6 volt. A lokális csillapítás (α=0,0), illetve a diszkrét szemcsék normál- és elem-elemMinneapolis, és elem-falMNközött nyíróirányú merevségei is beállításra kerültek 0,01 - 0,013 m szemcsesugár esetén. A dinamikus vizsgálatokban a talajt felépítő szemcsék közötti kapcsolatokban viszkózus csillapítást alkalmaztam teljes mértékben elhagyva a szemcsék gyorsulását korlátozó lokális csillapítást, mivel az a valós talajfizikai működéshez nem köthető.
3
A kutatómunka összefoglalása és a tézisek ismertetése
Dolgozatomban a diszkrételemes módszer (DEM) alkalmazására tett kísérleti eredményekről számolok be. Első lépésként a diszkrét elemekből álló szemcsehalmazban alkalmazott parallel-bond kötés beállítási paramétereit a direkt nyírószimuláció, illetve a triaxiális nyírószimuláció alkalmazásával vizsgáltam. A talajmodell alkalmasságát a laboratóriumi direkt nyíróvizsgálat mérési eredményeihez történő validációval igazoltam. A 3D-s DEM talajmodell és a bármely CAD rendszerrel létrehozható szerszám modell megalkotását követően bemutattam a két modell egymásra hatásának szimulációit a talaj-kultivátorszerszám modellben. Vizsgálataimban egy adott kultivátor szerszám (β) ráhelyezési szögének, munkamélységének és sebességének a hatását elemeztem a vontatási ellenállás és a művelés minőségének a figyelembevételével. A laboratóriumi talajvályús méréseket nedvesített homoktalaj alkalmazásával hajtottam végre a NAIK Mezőgazdasági Gépesítési Intézetben. A vizsgált talajban a kohéziót a homoktalaj nedvességtartalma hozta létre. A diszkrételemes módszer segítségével felállított talaj-kultivátorszerszám szimulációiban a parallel-bond kapcsolati modellt alkalmaztam, ahol a kötés normál- és nyírómerevsége, a normál- és nyíró teherbírás, illetve a kötést létrehozó rúd mérete volt meghatározó. A modell alkalmasságát a szimulációs és talajvályús mérések eredményeinek összehasonlításával igazoltam.
7
TÉZISEK, ÚJ TUDOMÁNYOS EREDMÉNYEK 1. Tézis A talaj-kultivátorszerszám egymásra hatása diszkrételemes módszer (DEM) alkalmazásával a 7. ábrán látható algoritmus alapján modellezhető: 1.
2.
Start
A talajmodell létrehozása (DEM)
5.
A szerszám modell létrehozása (CAD)
c, ϕ, E,γ beállítása 4. alapján. Kn, Ks, λ, Kn,Ks,σc,τc, Repedékenység beállítása 4. alapján. λ, Ec
3.
4. A laboratóriumi és a szimulált nyíróvizsgálatok összehasonlítása
nem igen 6. A talajmodell és a szerszám modell egymásra hatásának modellje.
A csillapítás karakterisztika (βi) beállítása.
7.
8. A szimuláció és laboratóriumi mért ellenállások összehasonlítása.
nem
igen Mérőgömbök alkalmazása Porhanyítás meghatározása. Lazítás mértékének meghatározása. Koordinációs szám meghatározása. Átlazított keresztmetszet meghatározása. Felszínemelkedés meghatározása.
9.
10.
Vége
7. ábra A talaj-kultivátorszerszám egymásra hatásának diszkrételemes modellje
Az algoritmusban a a szemcse normálmerevsége [N/m], a szemcse nyírómerevsége [N/m], a parallel-bond kötési sugár aránytényező [-], a parallel-bond kötés normálmerevsége [Pa/m], a parallelbond kötés nyírómerevsége [Pa/m], a parallel-bond kötés rugalmassági modulusa [Pa], a parallel-bond kötés normálirányú teherbírása [Pa], a parallel-bond kötés nyíróirányú teherbírása [Pa], c kohézió [Pa], ϕ belső súrlódási szög [°], rugalmassági modulus [Pa], γ Poisson-tényező [-], kapcsolati viszkózus csillapítási együttható [-]. Kapcsolódó saját publikációk: [K4],[K5],[K6],[K13],[K23],[K28] 8
Az elvégzett statikus paraméterérzékenység-vizsgálatok esetében a beállítási paraméterek a következők voltak: =2e4 [N/m], =1e4 [N/m], =1 [-], =2e6 [Pa/m], =1e6 [Pa/m], =8e3 [Pa], =4e3 [Pa], =2,55-3,45 [mm] – szemcseméret. A vizsgálatok eredményei alapján kimondhatóvá vált az alábbi tézis: 2. Tézis A diszkrételemekből álló halmazban a parallel-bond kötés alkalmazásánál a szemcsék közötti súrlódási tényező (µ) nagyságának 0,2 – 1,0 közötti tartományban történő növelése a kohéziót növeli, viszont a belső súrlódási szögre nincs hatással. Kapcsolódó saját publikációk: [K2],[K3] A direkt nyíródobozos és triaxiális szimulációk összevetésével bizonyítottam, hogy: 3. Tézis A modelltalaj repedékenységét a parallel-bond kapcsolati modellben a kötési sugár aránytényező ( ) és a kötési rugalmassági modulus (
) nagysága határozza meg az alábbiak szerint:
- A parallel-bond kötési sugár aránytényező ( =0,2-1,0) növelése a direkt és a triaxiális nyírószimulációkban sem a csúcsfeszültségre, sem a repedéskezdeti feszültségre nincs jelenős hatással. - A nyírószimulációkban a parallel-bond kötési sugár aránytényező megemelésével ( =0,2-1,0) megnő a szemcsék érintkezési normális irányban történő kötések megszakadásának a száma. - A kötési rugalmassági modulus (
) növelésével növekszik a nyíróirányban bekövetkező parallel-bond
kötések tönkremenetelének a száma. Kapcsolódó saját publikációk: [K2],[K3],[K6]
Az elvégzett dinamikus paraméterérzékenység-vizsgálatok esetében a beállítási paraméterek a következők voltak: =4e4 [N/m], =2e4 [N/m], =1 [-], =2e7 [Pa/m], =1e7 [Pa/m], =2e4 [Pa], =1e4 [Pa], =10-13 [mm] – szemcseméret, =0 [-], =0 [-]. A vizsgálatok eredményei alapján kimondhatóvá vált az alábbi tézis: 4. Tézis A talaj-kultivátorszerszám modell csillapítás nélküli dinamikus paraméterérzékenység-vizsgálatában a diszkrét szemcsék közötti súrlódási tényező (µ) nagyságának 0,1 – 0,8 közötti növelésével a vontatási ellenállás megnövekszik, 0,8 - 0,9 között konstans marad és 0,9 - 1,0 közötti intervallumon belül csökken. Kapcsolódó saját publikációk: [K4],[K5]
9
5. Tézis A 0,8 - 4,1 m/s sebességtartományon belül a talaj-kultivátorszerszám egymásra hatásának modelljében a parallel-bond kötés rugalmassági tényezőjének (
) beállítását követően a kapcsolati modellt ki kell
egészíteni a kapcsolati viszkózus csillapítással. A kapcsolati viszkózus csillapítási együttható
)
alkalmas megválasztásával a kultivátorszerszám vontatási ellenállása, illetve a kialakult deformációs zóna nagysága a modell szerinti számítási és a valóságos mérési eredmények esetében azonossá válnak. Kapcsolódó saját publikációk: [K4],[K5]
6. Tézis A talaj-kultivátorszerszám modellben a gyakorlatban szokásos művelési sebességek (2,1 – 4,1m/s) esetén a parallel-bond kötési sugár aránytényező =1 értékre állításánál a legalacsonyabb a kultivátorszerszám vontatási ellenállása (8. ábra). Kapcsolódó saját publikációk: [K2], [K4] A parallel-bond sugár aránytényező hatása 2800 2600
Vontatási ellenállás [N]
2400 2200
4,1 m/s
2000
3,2 m/s
1800
2,8 m/s 2,1 m/s
1600 1400 1200 1000 0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
Parallel-bond sugár aránytényező [-] 8. ábra A talaj nedvességtartalmát, azaz a talajszemcséket összekötő folyadékhidakat modellező parallel-bond sugár aránytényező hatása a kultivátorszerszám vontatási ellenállásának szimulációiban (2,1 – 4,1 m/s).
7. Tézis
A kidolgozott modell szukcesszív approximációs alkalmazásával a művelési sebesség, mélység, illetve a szerszám ráhelyezési szög a munkaminőségi paraméterek és a vontatási ellenállás függvényében meghatározhatók. Kapcsolódó saját publikációk: [K4],[K5]
10
4
Az értekezés eredményeinek közvetlenül várható hasznosulása
A létrehozott talaj-kultivátorszerszám modell elsősorban a talajművelő gépeket gyártó vállalatok termékfejlesztésének korszerű eszközeként alkalmazható, mivel a szántóföldi vizsgálatoknál olcsóbb és a szükséges körülmények (időjárás, napszak stb.) bármikor rekonstruálhatók. A modell alkalmasságát felhasználva nemcsak egy szerszám, hanem szerszám csoportok vizsgálatára is alkalmas. A szerszámcsoportok vizsgálatával a már szakirodalomban is publikált eredmények reprodukálhatók. Mivel a szimulációkban lehetőség nyílik a kultivátorszerszám pontos geometriájának a leírására, így a mezőgazdasági gépgyártók számára lehetőséget ad a különféle szerszámok összehasonlítására nemcsak mennyiségi, hanem minőségi módon egyaránt. A szimulációk továbbfejlesztésének további lépése lehet a kapaszár vizsgálata és szerepének pontos meghatározása, különös tekintettel a rezgő művelő elemek, rugós szerszámszár vontatási ellenállásra gyakorolt hatásainak az elemzése. A dolgozatomban bemutatott statikus és dinamikus verifikációk eredményei, illetve a feltárt összefüggések felhasználásával más a talajjal kölcsönhatásban lévő műtárgy (talaj-szerszám, talaj-kerék, építőipari gépek, terepjárók stb.) viselkedésének a szimulálására alkalmas. Mivel a kapcsolati viszkózus csillapítással dolgozatomban a kultivátorszerszámok hatásmechanizmusát vizsgáltam, így a módszer alkalmasságát a jövőben más típusú szerszámok esetén új vizsgálatokkal szükséges verifikálni. A kidolgozott módszer lehetőséget biztosít az elmúlt évtizedek során szerzett szántóföldi mérési eredmények és gyakorlati tapasztalatok alapján további összefüggések feltárására, elemzésére. A számítástechnika továbbfejlődése megadja annak a lehetőségét, hogy nagyságrendekkel kisebb szemcseméret is alkalmazható legyen a DEM modellben. A minél kisebb szemcseméretek alkalmazásával egyre pontosabb eredményeket (repedésterjedés, porozitás stb.) kaphatunk a különböző összetételű és nedvességtartalmú talajok vizsgálataiból. A talaj-kultivátorszerszám DEM modelljének a validációjához az előzetes vizsgálatok laboratóriumi körülmények között történtek, így a modell alkalmazhatóságának értékét a jövőben valós szántóföldi mérések alkalmazásával kívánom emelni. Az alkalmazott DEM módszer alkalmazásával lehetőség nyílik egyéb mezőgazdasági „élő” anyagok modellezésére és vizsgálatára.
5
Irodalomjegyzék
[1]
M. A. Sadek, Y. Chen, és J. Liu, “Simulating shear behavior of a sandy soil under different soil conditions,” J. Terramechanics, vol. 48, no. 6, pp. 451–458, Dec. 2011.
[2]
Y. Chen, L. J. Munkholm, és T. Nyord, “A discrete element model for soil–sweep interaction in three different soils,” Soil Tillage Res., vol. 126, pp. 34–41, Jan. 2013.
[3]
M. Obermayr, C. Vrettos, P. Eberhard, és T. Däuwel, “A discrete element model and its experimental validation for the prediction of draft forces in cohesive soil,” J. Terramechanics, vol. 53, pp. 93–104, Jun. 2014.
[4]
M. Ucgul, J. M. Fielke, és C. Saunders, “3D DEM tillage simulation. Part 2: Validation of a hysteretic spring (plastic) contact model for a sweep tooloperating in a cohesionless soil,” Soil Tillage Res., Dec. 2013.
11
6
A dolgozat témájához kapcsolódó saját publikációk listája
Folyóiratcikkek [K1]
[K2] [K3]
[K4] [K5] [K6] [K7] [K8] [K13]
[K14] [K15] [K16] [K17]
K. Tamás, B. Földesi, J. P. Rádics, J. I. Jóri, és Fenyvesi László, “A Simulation Model for Determining the Mechanical Properties of Rapeseed using the Discrete Element Method,” Period. Polytech.-Civ. Eng., p. Paper 8173, 2015. K. Tamás, Á. Kovács, és J. I. Jóri, “The Evaluation of the Parallel Bond’s Properties in DEM Modeling of Soils,” Period. Polytech.-Mech. Eng., vol. Paper 8427, 2015. K. Tamás, Á. Kovács, és J. I. Jóri, “A diszkrét elemes (DEM) talajmodellben alkalmazott parallel bond kötés paramétereinek szerepe a talajfizikai jellemzők szimulációjában,” Mezőgazdasági Tech., vol. 56, no. 9, pp. 2–5, 2015. K. Tamás és J. I. Jóri, “The Influence of the Soil Water Content in the Soil-Tool DEM Model,” Prog. Agric. Eng. Sci., vol. 11, no. 1, pp. 43–70, 2015. K. Tamás és J. I. Jóri, “A talaj-kultivátorszerszám kapcsolat diszkrét elemes modellje,” Mezőgazdasági Tech., vol. 56, no. 4, pp. 2–5, 2015. K. Tamás, I. J. Jóri, és A. M. Mouazen, “Modelling soil–sweep interaction with discrete element method,” Soil Tillage Res., vol. 134, no. 11, pp. 223–231, 2013. K. Kotrocz, K. Tamás és Gy. Kerényi, “Discrete Element Method (DEM) Modelling of Cohesive Soil-Tool Interaction,” Agric. Eng., no. 1, pp. 49–59, 2013. K. Tamás, J. Rádics, és J. I. Jóri, “Developing a precise Soil Model by DEM,” Mech. Eng. Lett. RD Res. Dev., vol. 10/2013, no. 10, pp. 223–232, 2013. K. Tamás és J. I. Jóri, “3D Discrete Element Model to Describe the Draft Force and the Influences of the Tool Geometry,” Agric. Eng., no. Paper UDK: 631.372:669–8., pp. 21–34, 2012. K. Tamás és J. I. Jóri, “2D DEM Simulation of the Soil- Tool Interaction in Cohesive Soil,” Hung. Agric. Enginering, vol. 23/2011, no. 23, pp. 45–49, 2011. K. Tamás és J. I. Jóri, “A talaj-szerszám kapcsolat diszkrét elemes vizsgálata,” Mezőgazdasági Tech., vol. LI, no. 5, pp. 2–5, 2010. K. Tamás és J. I. Jóri, “FEM Analysis of The Soil-Tool (Sweep) Interaction,” J. Agric. Mach. Sci., vol. 5, no. 4, pp. 435–444, 2009. K. Tamás és J. I. Jóri, “Szántóföldi kultivátorok a környezettudatos gazdálkodásért (Field cultivators for environment-friendly tillage),” Mezőgazdasági Tech., vol. 48, no. 6, pp. 4–7, 2007.
Konferencia kiadványban megjelent cikkek: [K23] [K24]
[K25] [K28]
K. Tamás és J. I. Jóri, “The Simulation of the Tillage Method in Cohesive Soil,” Simul. Tillage Method Cohesive Soil Montevideo Uruguay 007, 2012. K. Tamás és J. I. Jóri, “Modelling of Special Tools for Settlement and Managing of Energy Plantation,” Gép. 2012 Proc. Eighth Int. Conf. Mech. Eng. Bp. Univ. Technol. Econ., no. ISBN: 978–963–313–055–1, 2012. K. Tamás és J. I. Jóri, “The soil DEM model and it’s versatility to describe the soil-tool interaction,” Növénytermelés, vol. 60, no. (Supplement), pp. 239–242, 2011. K. Tamás és J. I. Jóri, “Analysis of the soil-tool (sweep) interaction,” Sustain. Biosyst. Eng. CIGR XVIIth World Congr. Quebec City Canada pp. 1-11 ISBN 978- 2-9811062-1-6, 2010.
12
