MODELING OF THE PROCESS OF CUTTING STEMS UNDER STATIC LOAD

Abstract

В рамках данной работы проводилось исследование и моделирование процесса резания в условиях, соответствующих испытанию травяных стеблей на срез. Задача по созданию математической модели процесса резания актуальна при проектировании измельчителей и его компонентов, например – рабочих органов (молотков или ножей). Кроме того, создание и отработка модели в квазистатических условиях является подготовительным этапом к проведению испытаний в динамической постановке задачи. В таком случае результаты исследования являются заделом к проведению дальнейших исследований по оптимизации конструкции режущего инструмента и режимов резания травяных стеблей. Объектом настоящего исследования является процесс резания травяных стеблей в статических условиях. Предметом исследования являются характеристики процесса резания – удельное усилие и удельная работа резания. Целью настоящей работы является создание математической модели процесса резания травяного стебля ножом при квазистатическом нагружении. Методика проведения исследования включает в себя несколько стадий – подготовка теоретических данных, конечно-элементный анализ процесса резания, сопоставление результатов с теоретическими, оптимизация созданной модели. По результатам работы удалось оценить корректность задания механических свойств модели материла травяного стебля. Анализ серии расчетов позволили определить оптимальные параметры конечно-элементной сетки, а также допустимую скорость резания в рамках квазистатического процесса, что позволило существенно уменьшить затраты вычислительной мощности и времени моделирования процесса. По результатам проведенной работы выполнены все поставленные задачи, разработанная модель удовлетворяет цели исследования. The work is devoted to the study and modeling of the cutting process under conditions corresponding to the test of grass stems on the cut. The task of creating a mathematical model of the cutting process is relevant when designing shredders and its components, for example, working tools (hammers or knives). Creating and testing a model in quasi-static conditions is a preparatory stage for conducting tests in dynamic conditions. The obtained research results are the foundation for further research on optimizing the design of the cutting tool and cutting modes of grass stems. The object of this study is the process of cutting grass stems under static conditions. The subject of the study is the characteristics of the cutting process – specific force and specific cutting work. The purpose of this work is to create a mathematical model of the process of cutting a grass stem with a knife under quasi-static loading. The research methodology includes several stages – preparation of theoretical data, finite element analysis of the cutting process, comparison of results with theoretical ones, optimization of the created model. Based on the results of the work, it was possible to assess the correctness of the assignment of the mechanical properties of the model of the material of the grass stem. The analysis of a series of calculations allowed us to determine the optimal parameters of the finite element grid, as well as the permissible cutting speed within the quasi-static process, which significantly reduced the cost of computing power and process simulation time. According to the results of the work carried out, all the tasks have been completed, the developed model satisfies the objectives of the research.