Aplicaciones del Método de Elementos Finitos en la simulación de la interacción suelo-herramienta de labranza
Article Sidebar
Main Article Content
Resumo
Este trabajo desarrolla modelos de simulación tridimensionales de la interacción suelo-herramienta de labranza aplicando el Método de Elementos Finitos (MEF), labrando suelos arcilloso-limosos (ferralíticos). Se utilizó el modelo elastoplástico de relación constitutiva (Drucker-Prager) para la modelación y el software de diseño Solid Works, versión 2021 y su complemento Simulation. Para una mejor conexión entre las superficies, tanto de los bloques de suelo como de las herramientas de labranza, fueron utilizados elementos de contacto y el teorema de Coulomb para lograr el movimiento adecuado de los elementos del suelo sobre la superficie de trabajo de las herramientas de labranza. Fueron definidos los parámetros geométricos de las herramientas de labranza, así como las dimensiones y parámetros de los bloques de suelo. Los resultados obtenidos muestran que, ambos modelos simulan, de forma adecuada, el movimiento de los bloques de suelo en su interacción con las herramientas de labranza. Los valores de las fuerzas de corte, obtenidos para ambos modelos, son similares a los obtenidos por otros autores en investigaciones previas.
Article Details
Este trabalho encontra-se publicado com a Creative Commons Atribuição-NãoComercial 4.0.
Aquellos autores/as que tengan publicaciones con esta revista, aceptan los términos siguientes:
- 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.
- 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.
- 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).
Referências
ABU-HAMDEH, N. H. and R. C. REEDER. “A nonlinear 3D FE analysis of the soil forces acting on a disk plow”. Soil & Tillage Research, 74, 115-124, 2003.
AHMAD F.; QIU B. J.; DING Q. S.; DING W. M.; KHAN Z. M.; SHOAIB M.: ALI CHANDIO F.; REHIM, A. and ABDUL KHALIQ. “DEM simulation of disc type furrow openers in paddy soil”. Int J Agric & Biol. Eng; 13(4): 103-110, 2020.
ANI, A.O.; UZOEJINWA, B.B.; EZEAMA, O.A.; UGWU, S.N.; OHAGWU, C.J.; ODIGBOH, E.U.: “Soil Bin Facility for Soil-machine Interaction Studies”, En: Department of Agricultural and Bioresources Engineering, University of Nigeria, Nsukka, International Soil Tillage Research Organization (ISTRO) Nigeria Symposium, Akure, November 3 - 6, Nsukka, Nigeria, pp. 110 - 124, 2014.
AREFI, M.; SEYED H. KARPARVARFARD; HADI AZIMI-NEJADIAN and MOJTABA NADERI-BOLDAJI. “Draught force prediction from soil relative density and relative water content for a non-winged chisel blade using FE modeling”. Journal of Terramechanics, Volume 100, Pages 73-80. https://doi.org/10.1016/j.jterra.2022.01.001. (2022).
ARMIN, A.; SZYSZKOWSKI, W.; FOTOUHI, R.: “3D Finite Element Analysis of Curved Blade’s Mechanics in Farming Tillage Operations”, En: World Congress on Engineering 2016 Vol II WCE 2016, June 29 - July 1, London, U.K., 2016.
CID, L.G.; LÓPEZ, T.; GONZÁLEZ, F.; HERRERA, J.; RUIZ, M.E.: “Propiedades físicas de algunos suelos de Cuba y su uso en modelos de simulación”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 20(2): 42-46, 2011, ISSN: 1010-2760, E-ISSN: 2071-0054.
DEHGHAN, H. H. and D. KALANTARI. “Design a biomimetic disc using geometric features of the claws”. Agric Eng Int: CIGR Journal, 18(1):103-109, 2016.
GARCÍA DE LA FIGAL C, A. E. Maquinaria Agrícola II. Apuntes de clases. Tema I. Teoría y cálculo de órganos de preparación de suelos. 1.1. Principales propiedades físico-mecánicas (tecnológicas) de suelos. (2022).
HE, C.; YOU, Y.; WANG, D.; WANG, G.; LU, D.; KAJI, M.J.: “The effect of tine geometry during vertical movement on soil penetration resistance using finite element analysis”, Computers and Electronics in Agriculture, 130: 97-108, 2016, ISSN: 0168-1699.
HERNÁNDEZ, A.; PÉREZ, J.; BOSCH, D.; CASTRO, N. Clasificación de los suelos de Cuba 2015. edit. Ediciones INCA, Mayabeque, Cuba, 2015, 93 p, Ed. IINCA, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba, 2015, ISBN: 978-959-7023-77-7.
HERNÁNDEZ, A.; PÉREZ, J.M.; ASCANIO, O.; ORTEGA, F.; ÁVILA, L.; CÁRDENAS, A.; MARRERO, A.: “II Clasificación genética de los suelos de Cuba”, Revista Agricultura, 8(1): 47-69, 1975.
HERRERA, S. M. Simulación del comportamiento mecánico de los suelos ferralíticos rojos mediante el método de elementos finitos. 109 pp. Tesis (en opción al grado científico de Doctor en Técnicas Agropecuarias), Departamento de Mecanización Agrícola, Universidad Agraria de La Habana, La Habana, Cuba, 2006.
HERRERA, S. M.; C. E. IGLESIAS; O. GONZÁLEZ; E. LÓPEZ y A. L. SÁNCHEZ: 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): 31-37, 2008.
IBRAHMI, A.; BENTAHER, H.; MAALEJ, A.: “Soil-blade orientation effect on tillage forces determined by 3D finite element models”, Spanish Journal of Agricultural Research, 12(4): 941-951, 2014, ISSN: 2171-9292.
KUŘE, J.; M. LINDA; R. CHOTĚBORSKÝ; B. ŢERNILOVÁ and M. HROMASOVÁ. “DEM modelling of tillage tools in sand and verification of draft forces in the soil box”. Agronomy Research 19(4), 1813-1822. https://doi.org/10.15159/AR.21.147 (2021).
LAMIA, A. A. D., EL-HADDAD, Z. A. and AFIFY M. T. “Modeling the Effect of Soil-Tool Interaction on Draft Force Using Visual Basic”. Annals of Agric. Sci. 123 Moshtohor. Vol. 58(2), p. 223 - 232. ISSN 1110-041. https://assjm.journals.ekb.eg. (2020).
MARÍN, C.L.O.; GARCÍA DE LA FIGAL, C.A.: “Model of Soil-TillageTool Interaction Using Finite Element Method”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 28(4), 2019, ISSN: 1010-2760, e-ISSN: 2071-0054.
MARÍN, C.L.O.; GARCÍA DE LA FIGAL, C.A.; RODRÌGUEZ M, A. "Effect of the Geometry of the Arm of a Vibratory Scarifier". Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, ISSN -1010-2760, E-ISSN: 2071-0054, Vol. 29. No. 2 (April-May-June, pp. 5-14), 2020.
MARÍN C., L. O.; GARCÍA DE LA FIGAL C., A. E. y MARTÍNEZ R., A. “Effect of Vibrations and Operational Parameters in Frequency and Amplitude of a Vibratory Subsoiler”. Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, ISSN -1010-2760, E-ISSN: 2071-0054, Vol. 30. No. 2 (april-may-june, pp. 23-36), 2021.
MARÍN, C.L.O.; GARCÍA DE LA FIGAL, C.A.; RODRÌGUEZ M, A: “Draft Force Prediction of Narrow Tillage Tool by the Finite Element Method”. Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias. Vol. 31. No. 3 july-september 2022.
MARÍN, C.L.O. Análisis de la interacción suelo-escarificador vibratorio mediante el método de elementos finitos. Tesis presentada en opción al grado científico de Doctor en Ciencias Técnicas Agropecuarias. Universidad Agraria de la Habana, Facultad de Ciencias Técnicas, Centro de Mecanización Agropecuaria, 2023.
MARÍN C., L. O.; GARCÍA DE LA FIGAL C., A. E. y MARTÍNEZ R., A. Influencia de la velocidad de avance en las fuerzas de corte de un subsolador vibratorio. Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias. Vol. 32, No. 1. (2023).
MILEUSNIĆ, Z.; ELMIRA SALJNIKOV; RADE L. RADOJEVIĆ and DRAGAN V. PETROVIĆ. “Soil compaction due to agricultural machinery impact”. Journal of Terramechanics,Volume 100, https://doi.org/10.1016/j.jterra.2021.12.002. Pages 51-60 (2022).
TOROTWA, I.; QISHUO DING; JOSEPH ODERO ALELE and RUIYIN, HE. “3D FE analysis of the tillage and straw cutting performance of a curved-edged toothed disc”. Scientific Paper Eng. agríc. (Online) 42 (2). https://doi.org/10.1590/1809-4430. (2022).
UCGUL, M.; C. SAUNDERS y J. M. FIELKE: "Discrete element modeling of tillage forces and soil movement of a one-third scale moldboard plough", Biosystems Engineering, 155: 44-54, 2017, ISSN: 1537-5110.
WORKESA, DULA. M. and DEREJE ALEMU ANAWUTE. “Design of subsoiler for deep tillage operation of compacted soil due to heavy duty agricultural machinery traffic on the field”. Middle East Journal of Applied Science & Technology. Vol.4, Iss.1, Pages 30-50, January-March. (2021).