TY  - JOUR
T1  - Modeling the Effects of Narrow Blade Geometry on Soil Failure Draught and Vertical Forces Using Discrete Element Method
TT  - Dar kanat geometrisinin ayrık eleman metodu kullanılarak toprak arızası ve çekme kuvveti üzerindeki etkilerinin modellenmesi
AU  - Shahgholı, Gholamhossein
AU  - Kanyawı, Naser
AU  - Kalantarı, Davood
PY  - 2019
DA  - March
Y2  - 2019
DO  - 10.29133/yyutbd.429950
JF  - Yuzuncu Yıl University Journal of Agricultural Sciences
JO  - YYU J AGR SCI
PB  - Van Yuzuncu Yıl University
WT  - DergiPark
SN  - 1308-7576
SP  - 24
EP  - 33
VL  - 29
IS  - 1
LA  - en
AB  - Inmost earth moving machinery, such as bulldozers or tillage tools, the workingtool is a tine. Thus, for tillage systems, accurate predicting of the forcesacting on the tine is of prime importance to enhance their productivity. Theinitial conditions (i.e., blade geometry or soil type) and operating conditions(i.e., cutting speed and cutting depth) have been shown experimentally a greateffect on machinery efficiency. Although experimental studies provide valuableinformation, they are expensive, time-consuming, and limited to certain cuttingspeeds and depths. Results obtained from experimental studies are also highlydependent on the accuracy of the measuring devices. However, with the increasingcomputational power and the development of more sophisticated mathematicalmodels, numerical methods and in particular discrete element method (DEM) haveshown great potential in analyzing the factors affecting soil-bladeinteraction. In this study, the effects of different rake angles, forwardspeed, working depth, and depth/width (d/w) ratio were investigated on a tinedraught and vertical force using DEM modeling. Simulation results were alsocompared with the test results. It was found from the results that increasingtravel velocity, tine rake angle, d/w ratio, and working depth increaseddraught and vertical force. Overall, based on the results of this study, DEM isable to predict soil reaction forces with an accuracy of more than 90%.
KW  - DEM
KW  - Tillage
KW  - Draught
KW  - Simulation
KW  - Tillage
N2  - Buldozerlerveya toprak işleme araçları gibi çoğu toprak işleme makinesinde, çalışma aletibir çatal dişidir. Bu nedenle toprak işleme sistemleri için, bıçak üzerindeetkili olan kuvvetlerin doğru tahmin edilmesi, üretkenliklerini arttırmak içinçok önemlidir. Kesme hızı ve kesme derinliği gibi bıçak geometrisi veya topraktipi ve çalışma koşulları gibi başlangıç koşulları deneysel olarak makineverimliliği üzerinde büyük bir etkiye sahip olduğu gösterilmiştir. Deneyselçalışmalar değerli bilgiler verir, ancak pahalı olabilir ve belirli kesmehızları ve derinlikleri ile sınırlı olabilir. Sonuçlar aynı zamanda ölçümcihazlarının doğruluğuna oldukça bağlıdır. Ancak artan hesaplama gücü ve dahasofistike modellerin geliştirilmesinde, ayrık eleman analizi (AEA), toprakbıçağı etkileşimini etkileyen faktörleri analiz etmede daha fazla umutvermektedir. Bu çalışmada, farklı eğim açıları, ileri hız, çalışma derinliği vederinlik/ sürat oranının, ayrı bir eleman yöntemi kullanılarak dik bir çekme vedüşey kuvvet üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Sürüş hızı arttıkça tırmıkaçısı, d / w oranı ve çalışma derinliği çekme kuvvetinin arttığı görülmüştür. AEA,toprak reaksiyon kuvvetlerini bir diş üzerinde öngörebilir ve simülasyon iledeney sonuçları arasında iyi bir uyum bulunmuştur. Genel olarak, bu çalışmanınsonuçlarına dayanarak, AEA toprak reaksiyon kuvvetlerini % 90'dan fazla birdoğrulukla tahmin edebilir.
CR  - Cundall P A. & Strack O D L (1979). A discrete numerical model for granular assemblies. J. of Geotech. 29 (1): 47–65.
CR  - Dransfield P, Willat S T, Willis  A H (1964). Soil-implement reaction experienced with simple tines at various angles of attack. J. of Agric. Eng. Res. 9(3):220-224.
CR  - Fielke J M (1996). Interactions of the cutting edge of tillage implements with soil. J. of Agri. Eng. Res. 63, 61-72.
CR  - Fielke J M (1999). Finite element modeling of the interaction of the cutting edge of tillage implements with soil. J. of Agri. Eng. Res. 74: 91-101.
CR  - Freitag D R (1988). Principles of soil cutting and excavation: A review of Russian literature. Trans. ASAE Technical Paper 880812. Society of Automotive Engineers, Inc. NY, USA. 13p.
CR  - Gill W R, Vanden Berg G E (1968). Assessment of the dynamic Properties of soils. Chapter 3 in soil dynamics in tillage and traction. Agriculture Handbook No. 316, pp. 55-116.Washington, D.C.:U.S. Government Printing Office.
CR  - Godwin R J (200). A review of the effect of implement geometry on soil failure and implement forces. Soil and Tillage Res. 97:331-340.
CR  - Khot L R, Salokhe V M, Jayasuriya H P W, Nakashima H (2007). Experimental validation of distinct element simulation for dynamic wheel-soil interaction. J. of Terramech. 44(6): 429-437.
CR  - McKeys E & Ali O S (197). The cutting of soil by narrow baldes. J. of Terramech. 14(2): 43-58.
CR  - Owen G T (1989). Subsoiling forces and tool speed in compact soils. Can. Agric. Eng. 31: 15-20.
CR  - Payne P C J & Tanner D W (1989). The relationship between rake angle and the performance of simple cultivation implements. J. of Agric. Eng. Res. 4: 312-32510.
CR  - Shmulevich I, Asaf Z, Rubinstein D (2007). Interaction between soil and a wide cutting blade using the discrete element method. Soil and Tillage Res. 97: 37-50.
CR  - Summers J O, Khalilian A, Batchelder D G (1986). Draft relationships for primary tillage in Oklahoma soils. Trans. ASAE. 29 (1). 37 - 39.
CR  - Söhne W (1956). Some basic considerations of soil mechanics applied to agricultural engineering [Einige Grundlagen für eine Landtechnische Bodenmechanik]. NIAE Translation 53, NIAE, Silsoe, Bedford UK [Grundl. Landtech., 7, p.11].
CR  - Ting J M, Corkum B T, Kauffman C R, Greco C (1989). Discrete numerical-model for soil mechanics. J.of Geotech. Eng.-ASCE. 115(3): 379-398.
UR  - https://doi.org/10.29133/yyutbd.429950
L1  - https://dergipark.org.tr/en/download/article-file/682630
ER  -