CSBE-SCGAB

Simulation of Draft Forces of a Sweep in a Loamy Sand Soil Using the Discrete Element Method.

Authors: Mak, J. and Y. Chen.
Description: Draft force is an important performance indicator of a soil-engaging tool as it affects the power requirement of the tool. In this study, draft forces of a sweep were measured in a loamy sand soil under different soil cutting depths and tool travel speeds. The measurements served the evaluation of a model developed using the Discrete Element Method (DEM) to simulate the soil cutting process of the sweep. In the model, soil particles were defined as spherical particles with bonds between particles to reflect the cohesive behaviour of agricultural soil. The model parameter, particle stiffness, was calibrated through comparing the simulated draft forces of the sweep with those predicted from the Universal Earthmoving Equation. The calibrated particle stiffness was 3x103 N/m for the loamy sand soil. The calibrated model was evaluated against measured draft forces. The simulated draft forces agreed well with the measured ones with a correlation coefficient of 0.8.
Keywords: Sweep, soil, draft force, DEM, measurement, simulation.
Résumé: Force de tirage est un indicateur de performance important d'un outil aratoire individuel, comme il est indicatif de la puissance requise d’outil. Dans cette étude, les forces de tirage d’un soc configuré "V" ont été mesurées dans un bac de sol comprenant un sable limoneux et ce, pour différentes profondeurs de coupe et vitesses d’avancement. Les mesures ont servi à l'évaluation d'un modèle numérique basé sur la méthode d'éléments discrets (DEM) simulant le processus de découpe du sol par ce soc en "V". Dans le modèle, les particules du sol sont définies sous forme de particules sphériques possédant des liaisons entre les particules afin de refléter le comportement cohésif des sols agricoles. Un des paramètres du modèle, soit la rigidité des particules, a été étalonné en comparant les forces obtenues avec ce modèle appliqué à soc en "V", avec les valeurs prédites par l'équation universelle de travail du sol (Universal Earthmoving Equation). La constante de calibration pour la rigidité des particules a été déterminée à 3x103 N/m pour ce sable limoneux. Les résultats du modèle ont été comparés avec les forces de soc en "V" mesurées. Les valeurs de force obtenues avec le modèle concordent bien avec celles mesurées avec un coefficient de corrélation de 0,8.
Mots-clés: Soc en "V", sol, force de tirage, DEM, mesure, simulation.
Technical field: Machinery Systems Engineering
Citation: Mak, J. and Y. Chen. 2014. Simulation of Draft Forces of a Sweep in a Loamy Sand Soil Using the Discrete Element Method. Canadian Biosystems Engineering 56: 2.1-2.7.
Volume: 56
Issue: 1
Start page number: 2.1
End page number: 2.7
Publisher: Canadian Society for Bioengineering / Société Canadienne de Génie Agroalimentaire et de Bioingénierie
Contributor: R. Sri Ranjan
Date: January 26, 2015
Publication type:
  • Journal
Type: Text.Article
Format: PDF
Identifier: C14202.pdf
Language 1: en
Language 2: fr
Rights: Canadian Society for Bioengineering / Société Canadienne de Génie Agroalimentaire et de Bioingénierie
Located in: Volume 56 (2014)

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