Predicción de Fuerza Traccional de herramienta de labranza estrecha mediante el Método de Elementos Finitos

Barra lateral del artículo

PDF (English) PDF HTML (English) EPUB (English) XML (English)
Publicado: sept. 1, 2022
Palabras clave:
MEF, fuerza de tracción, modelo de simulación, propiedades mecánicas del suelo

Contenido principal del artículo

Luis Orlando Marín Cabrera
Universidad Agraria de La Habana
Armando Eloy García de la Figal Costales
Universidad Agraria de La Habana
Arturo Martínez Rodríguez
Universidad Agraria de La Habana

Resumen

El Método de Elementos Finitos (MEF) ha sido utilizado para predecir el comportamiento del suelo removido por la herramienta de labranza, así como la fuerza de tracción necesaria para su rompimiento. El objetivo del presente trabajo es analizar, mediante un modelo de simulación de la interacción suelo-herramienta de labranza en elementos finitos, el comportamiento de la fuerza de tracción de la herramienta de labranza estrecha de un subsolador vibratorio, labrando un bloque de suelo Ferralítico (Rhodic Ferralsol) y utilizando la forma lineal del modelo elastoplástico de relación constitutiva de Drucker-Prager extendido. El software empleado fue Solid Works y su complemento Simulation para modelar, tanto la herramienta del subsolador como el bloque de suelo. Las propiedades mecánicas del suelo fueron asignadas al modelo de simulación, en función de la humedad, densidad, profundidad de trabajo y velocidad de avance de 0,65 ms-1. Los resultados mostraron la confiabilidad del MEF para predecir el comportamiento de los esfuerzos de tracción de esta herramienta de labranza.

Detalles del artículo

Cómo citar
Marín Cabrera, L. O., García de la Figal Costales, A. E., & Martínez Rodríguez, A. (2022). Predicción de Fuerza Traccional de herramienta de labranza estrecha mediante el Método de Elementos Finitos. Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 31(3). Recuperado a partir de https://revistas.unah.edu.cu/index.php/rcta/article/view/1644
Número
Vol. 31 Núm. 3 (2022): July-August-September
Sección
Artículos Originales

Aquellos autores/as que tengan publicaciones con esta revista, aceptan los términos siguientes:

  1. Los autores/as conservarán sus derechos de autor y garantizarán a la revista el derecho de primera publicación de su obra, el cuál estará simultáneamente sujeto a la Licencia Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0) que permite a terceros compartir la obra siempre que se indique su autor y su primera publicación esta revista. Bajo esta licencia el autor será libre de:
  • Compartir — copiar y redistribuir el material en cualquier medio o formato
  • Adaptar — remezclar, transformar y crear a partir del material
  • El licenciador no puede revocar estas libertades mientras cumpla con los términos de la licencia

Bajo las siguientes condiciones:

  • Reconocimiento — Debe reconocer adecuadamente la autoría, proporcionar un enlace a la licencia e indicar si se han realizado cambios. Puede hacerlo de cualquier manera razonable, pero no de una manera que sugiera que tiene el apoyo del licenciador o lo recibe por el uso que hace.
  • NoComercial — No puede utilizar el material para una finalidad comercial.
  • No hay restricciones adicionales — No puede aplicar términos legales o medidas tecnológicas que legalmente restrinjan realizar aquello que la licencia permite.
  1. Los autores/as podrán adoptar otros acuerdos de licencia no exclusiva de distribución de la versión de la obra publicada (p. ej.: depositarla en un archivo telemático institucional o publicarla en un volumen monográfico) siempre que se indique la publicación inicial en esta revista.
  2. Se permite y recomienda a los autores/as difundir su obra a través de Internet (p. ej.: en archivos telemáticos institucionales o en su página web) antes y durante el proceso de envío, lo cual puede producir intercambios interesantes y aumentar las citas de la obra publicada. (Véase El efecto del acceso abierto).

Citas

AREFI, M.; KARPARVARFARD, S.H.; AZIMI, N.H.; NADERI, B.M.: “Draught force prediction from soil relative density and relative water content for a non-winged chisel blade using finite element modelling”, Journal of Terramechanics, 100: 73-80, 2022, ISSN: 0022-4898, DOI: https://doi.org/10.1016/j.jterra.2022.01.001.

ARMIN, A.; FOTOUHI, R.; SZYSZKOWSKI, W.: “On the FE modeling of soil-blade interaction in tillage operations”, Finite elements in analysis and design, 92: 1-11, 2014, ISSN: 0168-874X.

BENTAHER, H.; IBRAHMI, A.; HAMZA, E.; HBAIEB, M.; KANTCHEV, G.; MAALEJ, A.; ARNOLD, W.: “Finite element simulation of moldboard-soil interaction”, Soil and Tillage Research, 134: 11-16, 2013a, ISSN: 0167-1987.

BENTAHER, H.; IBRAHMI, A.; HAMZA, E.; HBAIEB, M.; KANTCHEV, G.; MAALEJ, A.; ARNOLD, W.: “Finite element simulation of moldboard-soil interaction”, Soil and Tillage Research, 134: 11-16, 2013b, ISSN: 0167-1987.

BIRIȘ, S.; MAICAN, E.; VLĂDUȚ, V.; BUNGESCU, S.; UNGUREANU, N.; VLA, D.: “Stress and strains distribution in the frame of agricultural cultivators using the Finite Element Method.”, En: Proceedings of the 44th International Symposium on Agricultural Engineering: Actual Tasks on Agricultural Engineering, Opatija, Croatia, 23-26 February 2016, Ed. University of Zagreb, Faculty of Agriculture, Opatija, Croatia, pp. 111-117, 2016.

CONSTANTIN, G.A.; VOICU, G.; OLAC, B.; ILIE, F.; PARASCHIV, G.: “Structural analysis with finite elements of a subsoiler working part.”, En: International Symposium, ISB-INMA-TEH, Agricultural and Mechanical Engineering, Bucharest, Romania, 31 October-1 November 2019., Ed. INMA Bucharest, Bucharest, Romania, pp. 89-95, 2019.

DE LA ROSA, A.A.A.; ALCOCER, Q.P.M.; GONZÁLEZ, C.O.; MASAGUER, R.A.; HERRERA, S.M.: “Adjustment of the plastic parameters of the Extended Drucker Prager model for the simulation of the mechanical response of a clayey soil (Vertisol)”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 25(3): 4-12, 2016, ISSN: 1010-2760, e-ISSN: 2071-0054.

DEHGHAN, H.H.; KALANTARI, D.: “Design a biomimetic disc using geometric features of the claws”, Agricultural Engineering International: CIGR Journal, 18(1): 103-109, 2016, ISSN: 1682-1130.

DRUCKER, D.C.; PRAGER, W.: “Soil mechanics and plastic analysis or limit design”, Quarterly of applied mathematics, 10(2): 157-165, 1952, ISSN: 0033-569X.

FAO- UNESCO: Soil map of the world, reviewed legend, Ed. FAO, Report 80 ed., Roma. Italia, 1988.

GHEORGHE, G.; PERSU, C.; GAGEANU, I.; CUJBESCU, D.: “Structural and modal analysis of the subsoiler equipment to prepare the germinative bed.”, En: Proceedings of the 47th International Symposium, Actual Tasks on Agricultural Engineering, 5-7 March 2019, Opatija, Croatia, Ed. University of Zagreb, Faculty of Agriculture, pp. 79-87, 2019.

GONZÁLEZ, C.O.; HERRERA, S.M.; IGLESIAS, C.C.E.; LÓPEZ, B.E.: “Análisis de los modelos constitutivos empleados para simular la compactación del suelo mediante el método de elementos finitos”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 22(3): 75-80, 2013a, ISSN: 1010-2760, e-ISSN: 2071-0054.

GONZÁLEZ, C.O.; HERRERA, S.M.; IGLESIAS, C.C.E.; LÓPEZ, B.E.: “Modelos constitutivos drucker prager extendido y drucker prager modificado para suelos rhodic ferralsol”, Terra Latinoamericana, 32(4): 283-290, 2014, ISSN: 0187-5779.

GONZÁLEZ, C.O.; IGLESIAS, C.C.E.; RECAREY, M.C.A.; URRIOLAGOITIA, S.G.; HERNÁNDEZ, G.L.H.; URRIOLAGOITIA, C.G.: “Three dimensional finite element model of soil compaction caused by agricultural tire traffic”, Computers and electronics in agriculture, 99(1): 146-152, 2013b, ISSN: 0168-1699.

HERNÁNDEZ, J.A.; PÉREZ, J.M.; MESA, N.Á.; FUENTES, A.E.; BOSCH, I.D.: Nueva versión de la clasificación genética de los suelos de Cuba., Ed. AGRINFOR, La Habana, Cuba, 64 p., 1999, ISBN: 978-959-246-022-5.

HERRERA, S.M.; GONZÁLEZ, C.O.; DIEGO, N.F.; RUIZ, V.J.; LÓPEZ, B.E.; IGLESIAS, C.C.E.; SÁNCHEZ, I.A.: “Simulación de la respuesta mecánica del suelo en la interfase suelo-herramienta de labranza”, Revista Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia, (69): 77-88, 2013, ISSN: 0120-6230.

HERRERA, S.M.; IGLESIAS, C.C.E.; GONZÁLEZ, C.O.; LÓPEZ, B.E.: “Propiedades mecánicas de un Rhodic Ferralsol requeridas para la simulación de la interacción suelo implemento de labranza mediante el Método de Elementos Finitos: Parte II Interfase suelo-herramienta”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 17(4): 50-54, 2008a, ISSN: 1010-2760, e-ISSN: 2071-0054.

HERRERA, S.M.; IGLESIAS, C.C.E.; GONZÁLEZ, C.O.; LÓPEZ, B.E.; SÁNCHEZ, I.A.: “Propiedades mecánicas de un Rhodic Ferralsol requeridas para la simulación de la interacción suelo implemento de labranza mediante el Método de Elementos Finitos: Parte I”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 17(3): 31-38, 2008b, ISSN: 1010-2760, e-ISSN: 2071-0054.

HERRERA, S.M.; IGLESIAS, C.C.E.; JARRE, C.C.; LEÓN, S.Y.; LÓPEZ, B.E.; GONZÁLEZ, C.O.: “Predicción de la resistencia del suelo durante la labranza mediante los modelos de presiones pasivas”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 24(3): 5-12, 2015, ISSN: 1010-2760, e-ISSN: 2071-0054.

IBRAHMI, A.; BENTAHER, H.; HAMZA, E.; MAALEJ, A.; MOUAZEN, A.M.: “3D finite element simulation of the effect of mouldboard plough’s design on both the energy consumption and the tillage quality”, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 90(1): 473-487, 2017, ISSN: 1433-3015.

IBRAHMI, A.; BENTAHER, H.; HBAIEB, M.; MAALEJ, A.; MOUAZEN, A.M.: “Study the effect of tool geometry and operational conditions on mouldboard plough forces and energy requirement: Part 1. Finite element simulation”, Computers and Electronics in Agriculture, 117: 258-267, 2015, ISSN: 0168-1699.

ISAVI, S.: “Assessment of some of models for predicting soil forces On narrow tillage tools”, En: International Conference on Research in Science and Technology, Kuala Lumpur, Malaysia, 2015.

JAKASANIA, R.G.; JAKASANIA, Y.; PRAMOD, M.: “Soil - tillage tool interaction using numerical methods - a review”, Acta Scientific Agriculture, 2(10): 63-70, 2018, ISSN: 2581-365X.

LÓPEZ, B.E.: Simulation of soil and tillage-tool interaction by the discrete element method, Catholic University of Leuven, Faculty of Bioscience Engineering, Tesis presentada en opción al grado científico de Doctor en Ciencias Técnicas, Belgium, 2012.

LÓPEZ, B.E.; TIJSKENS, E.; GONZÁLEZ, C.O.; HERRERA, S.M.; LORENZO, J.D.; RAMON, H.: “Simulación de la descompactación de un suelo arcilloso empleando el método de elementos discretos”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 28(2), 2019, ISSN: 1010-2760, e-ISSN: 2071-0054.

LYSYCH, M.N.: “Review of numerical methods for modeling the interaction of soil environments with the tools of soil tillage machines”, En: Journal of Physics: Conference Series, Ed. IOP Publishing, vol. 1399, p. 044014, 2019, DOI: doi:10.1088/1742-6596/1399/4/044014, ISBN: 1742-6596.

MARÍN, C.L.O.; GARCÍA DE LA FIGAL, C.A.E.: “Model of Soil-TillageTool Interaction Using Finite Element Method”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 28(4): 40-50, 2019, ISSN: 1010-2760, e-ISSN: 2071-0054.

MILEUSNIĆ, Z.I.; SALJNIKOV, E.; RADOJEVIĆ, R.L.; PETROVIĆ, D.V.: “Soil compaction due to agricultural machinery impact”, Journal of Terramechanics, 100: 51-60, 2022, ISSN: 0022-4898, DOI: https://doi.org/10.1016/j.jterra.2021.12.002.

NADERI, B.M.; ALIMARDANI, R.; HEMMAT, A.; SHARIFI, A.; KEYHANI, A.; TEKESTE, M.Z.; KELLER, T.: “3D finite element simulation of a single-tip horizontal penetrometer-soil interaction. Part I: Development of the model and evaluation of the model parameters”, Soil and Tillage Research, 134: 153-162, 2013, ISSN: 0167-1987.

RAO, G.; CHAUDHARY, H.: “A review on effect of vibration in tillage application”, En: IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Ed. IOP Publishing, vol. 377, p. 012030, 2018, ISBN: 1757-899X.

SOIL SURVEY STAFF: Keys to soil taxonomy, Ed. USDA Natural Resources Conservation Service, Washington, DC, USA, 346 p., 2010.

SRIVASTAVA, A.K.; GOERING, C.E.; ROHRBACH, R.P.; BUCKMASTER, D.R.: “Machinery selection and management”, En: Engineering Principles of Agricultural Machines, Second Edition, Ed. American Society of Agricultural and Biological Engineers, p. 525, 2006, ISBN: 1-892769-50-6.

SWICK, W.; PERUMPRAL, J.: “A model for predicting soil-tool interaction”, Journal of Terramechanics, 25(1): 43-56, 1988, ISSN: 0022-4898.

TERZAGHI, K.: Soil Mechanics, Ed. Wiley, New York, USA, 1943.

UCGUL, M.; SAUNDERS, C.; FIELKE, J.M.: “Comparison of the discrete element and finite element methods to model the interaction of soil and tool cutting edge”, Biosystems Engineering, 169: 199-208, 2018, ISSN: 1537-5110, DOI: 10.1016/j.biosystemseng.2018.03.00.

Artículos más leídos del mismo autor/a

1 2 > >>