定义草叶

使用柔性纤维模型对草叶建模。

要顾及无网格 DEM 的空气对草叶(单向耦合)的影响,则应用用户自定义体力。通过指定曳力,对割草机叶片产生的气流对草叶的影响进行建模。空气以 50 m/s 速度水平吹向正 z 方向,以 2 m/s 速度竖直吹向正 y 方向。从空气速度中减去颗粒速度,可求得草叶滑移速度。曳力由以下公式给出:

f d = 0.5 × 1.293 × d G B 2 × | v s | v s V G B

其中 为草叶直径, 为草叶滑移速度, 为柔性纤维草颗粒的体积。 d G B v s V G B

要定义草叶:

  1. 为草叶创建拉格朗日相:
    1. 右键单击连续体 > 物理 1 > 模型 > 拉格朗日多相 > 拉格朗日相节点并选择新建 > 自由流相
    2. 将新相重命名为 Grass Blade
    3. 双击 Grass Blade > 模型节点,并按顺序选择以下模型:
      组合框 模型
      颗粒类型 DEM 颗粒
      颗粒形状 柔性纤维
      材料 固体
      恒密度(自动选择)
      可选颗粒作用力 用户自定义的体积力
      轨迹采样 边界采样
      DEM 边界采样
  2. 创建场函数以定义草叶滑移速度:
    1. 右键单击自动化 > 场函数节点并选择新建 > 矢量,然后将新节点重命名为 Grass Blade Slip Velocity
    2. 编辑 Grass Blade Slip Velocity 节点,然后设置以下属性:
      属性 设置
      函数名 grassBladeSlipVelocity
      维度 速度 1
      定义
      -$${ParticleVelocity}+[0,2,50]
  3. 创建场函数以定义草叶曳力:
    1. 右键单击自动化 > 场函数节点并选择新建 > 矢量,然后将新节点重命名为 Grass Blade Drag
    2. 编辑 Grass Blade Drag 节点,然后设置以下属性:
      属性 设置
      函数名 grassBladeDrag
      维度 1
      体积 -1
      定义
      $${ParcelCentroid}[1]>${Grass Blade Height} ?
      0.5*1.293*5*${Grass Blade Diameter}*${Grass Blade Diameter}*mag($${grassBladeSlipVelocity})*$${grassBladeSlipVelocity}/${ParticleVolume} :
      [0, 0, 0]
  4. 编辑连续体 > 物理 1 > 模型 > 拉格朗日多相 > 拉格朗日相 > 草叶 > 模型节点,然后设置以下属性:
    节点 属性 设置
    边界采样 边界 刀片
    柔性纤维 轴向复原系数 0.01
    折弯复原系数 0.01
    用户自定义的体积力
    用户体积力 方法 场函数
    场函数 草叶曳力
  5. 设置草叶材料属性:
    1. 选择草叶 > 模型 > 固体 > 橡胶节点,然后将其重命名为 Grass
    2. 编辑 Grass > 材料属性节点并设置以下属性:
      节点 属性
      密度
      常数 55.0 kg/m^3
      杨氏模量
      常数 100 MPa
  6. 保存模拟。