多含水率工况下自激振动推土板减阻性能的数值模拟分析OA

为探究多含水率工况下自激振动推土板的作业性能与减阻机理,以砂壤土为研究对象,通过标准土工试验获取5.13%、12.69%、19.45%等3种含水率土壤的物理力学参数,并采用锤击脉冲激励法测定其1阶固有频率;基于几何-时间频率映射,在圆弧基准曲面叠加幅值2 mm的正弦波形成单频几何曲面,并在ABAQUS/Explicit中结合修正Drucker–Prager本构建立三维有限元模型,在作业速度0.16 m/s工况下,与圆弧基准推土板的减阻效果、土体应力场与破坏模式展开对比。结果表明:自激振动推土板在3种含水率下均实现显著减阻:5.13%含水率时,自激振动推土板平均阻力为205.81 N,基准推土板平均阻力为235.22 N,减阻率为12.5%;12.69%含水率时,自激振动推土板平均阻力为218.16 N,基准推土板平均阻力为244.68 N,减阻率为10.8%;19.45%含水率时,自激振动推土板平均阻力为201.31 N,基准推土板平均阻力为223.52 N,减阻率为9.9%。土壤应力场分析显示,基准推土板易引发大范围连续应力场与整体剪切破坏,土体峰值等效应力达0.516 MPa;而单频自激振动推土板可诱导周期性、局部化的土壤剪切破坏,峰值应力降至0.367 MPa,有效阻断了应力传递路径。研究证实:单频几何特征通过改变土壤破坏模式实现减阻,将连续整体剪切转变为间歇性局部破坏,使应力分布由楔形连续带转化为斑块状间断分布,为高效振动耕作部件的几何设计与参数优化提供了理论支撑。