Відсутність простих аналітичних фізико-математичних моделей ускладнює дослідження процесу взаємодії ґрунтообробних робочих органів із ґрунтом при проєктуванні нових конструкцій. Для того, щоб спростити ці розрахунки в рамках інжинірингу сільськогосподарського машинобудування, необхідно використовувати програмне забезпечення, яке об’єднає напрацювання землеробської механіки. Метою дослідження було моделювання та дослідження процесу взаємодії ґрунтообробних робочих органів із ґрунтом за допомогою Simcenter STAR-CCM+. Для цього було використано метод об’ємної рідини та метод дискретних елементів. В процесі створення моделі використанні основні фізико-механічні властивості ґрунту В результаті було проведено моделювання процесу взаємодії найпоширеніших ґрунтообробних робочих органів, таких як стрілчата лапа культиватора, дискова борона на пружній стійці, глибокорозпушувач (чизельний плуг), відвальний плуг і гладкий коток, за допомогою методів об’ємної рідини та дискретних елементів. Застосування методу об’ємної рідини дозволило встановити непервинний потік ґрунту відносно робочого органу, а метод дискретних елементів дозволив визначати розподіли швидкостей та сил взаємодії частинок ґрунту. Встановлено, що обидва запропонованих методи можуть бути корисними для моделювання взаємодії ґрунтообробного робочого органу з ґрунтом в Simcenter STAR-CCM+. Доповнюючи один одного, вони створюють загальну картину фізики процесу взаємодії ґрунтообробного знаряддя із ґрунтом. За допомогою Simcenter STAR-CCM+ була зроблена візуалізація процесу взаємодії і визначено висоту сформованих гребнів і глибин борозн та їх розташування у просторі. Застосування отриманих моделей дозволить агроінженерам швидко проєктувати нові конструкції ґрунтообробних знарядь спираючись на процесі їх взаємодії із ґрунтом
знаряддя, чисельне моделювання, метод об’ємної рідини, метод дискретних елементів, розподіл швидкостей, тиск
[1] Aikins, K.A., Ucgul, M., Barr, J.B., Awuah, E., Antille, D.L., Jensen, T.A., & Desbiolles, J.M.A. (2023). Review of discrete element method simulations of soil tillage and furrow opening. Agriculture, 13, article number 541. doi: 10.3390/agriculture13030541.
[2] Aliiev, E., Pavlenko, S., Golub, G., & Bielka, O. (2022). Research of mechanized process of organic waste composting. Agraarteadus, Journal of Agricultural Science, 33(1), 21-32. doi: 10.15159/jas.22.04.
[3] Bakum, M.V., & Yashchuk, D.A. (2011). Design of tillage machines with disc working bodies. Study guide for laboratory-practical and individual-consultative classes. Kharkiv: KhNTUSG.
[4] Barr, J.B., Desbiolles, J.M.A., Fielke, J.M., & Ucgul, M. (2019). Development and field evaluation of a high-speed no-till seeding system. Soil & Tillage Research, 194, article number 104337. doi: 10.1016/j.still.2019.104337.
[5] Gukov, Ya.S. (2007). Tillage. Technology and equipment. Mechanical and technological substantiation of energy-saving means for the mechanization of soil cultivation in the conditions of Ukraine. Kyiv: DIA.
[6] Hutsol, O.P., & Kovbasa, V.P. (2016). Justification of the parameters and modes of movement of tillage machines with disc working bodies. Kyiv: National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine.
[7] Ibrahmi, A., Bentaher, H., Hbaieb, M., Maalej, A., & Mouazen, A.M. (2015). Study the effect of tool geometry and operational conditions on mouldboard plough forces and energy requirement: Part 1. Finite element simulation. Computers and Electronics in Agriculture, 117, 258-267. doi: 10.1016/j.compag.2015.08.006.
[8] Kovbasa, V.P. (2006). Mechanical and technological substantiation of the optimization of the interaction of working bodies with the soil (Doctoral thesis, National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine, Kyiv, Ukraine).
[9] Kozachenko, O., Aliiev, E., & Sedykh, K. (2021b). Results of investigation of the spring shank disc harrow performance. UPB Scientific Bulletin, Series D: Mechanical Engineering, 83(4), 123-140.
[10] Kozachenko, O.V., Shkrehal, O.M., & Kadenko, V.S. (2021a). Ensuring the efficiency of working bodies of cultivators. Kharkiv: PromArt.
[11] Kushnarev, A.S. (2010). The discator is a new tillage tool that ensures the transition from traditional technology for the production of agricultural products to energy-saving No-till technology. Bila Tserkva: National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine.
[12] Okayasu, T., Morishita, K., Terao, H., Mitsuoka, M., Inoue, E., & Fukami, K.O. (2012). Modeling and prediction of soil cutting behavior by a plow. In CIGR-Ag Eng. Agriculture & Engineering for a Healthier Life (pp. 1-6). Valencia: CIGR-Ag Eng.
[13] Pashchenko, V.F., & Kornienko, S.I. (2016). Scientific bases of tillage processes in the system of rational cultivation of grain and vegetable crops. Kharkiv: Planet-Print.
[14] Shevchenko, I.A. (2016). Management of the agrophysical state of the soil environment. Kyiv: Vinichenko Publishing House.
[15] Sysolin, V.P., Salo, V.M., & Kropivny, V.M. (2001). Agricultural machines: Theoretical foundations, construction, design. Kyiv: Harvest.
[16] Tagar, A.A., Changying, J., Adamowski, J., Malard, J., Qi, C.S., Qishuo, D., & Abbasi, N.A. (2015). Finite element simulation of soil failure patterns under soil bin and field testing conditions. Soil and Tillage Research, 145, 157-170. doi: 10.1016/j.still.2014.09.006.
[17] Ucgul, M. (2023). Simulating soil-disc plough interaction using discrete element method – multi-body dynamic coupling. Agriculture, 13, article number 305. doi: 10.3390/agriculture13020305.
[18] Ucgul, M., Saunders, C., & Fielke, J. (2016). A method of quantifying discrete element method simulations of top soil burial from a mouldboard plough. In Conference: ASABE Annual International Meeting (pp. 1-12). Orlando: American Society of Agricultural and Biological Engineers. doi: 10.13031/aim.20162460870.
[19] Xu, T., Zhang, R., Wang, Y., Jiang, X., Feng, W., & Wang, J. (2022). Simulation and analysis of the working process of soil covering and compacting of precision seeding units based on the coupling model of DEM with MBD. Processes,10, article number 1103. doi: 10.3390/pr10061103.
[20] Zhang, J., Xia, M., Chen, W., Yuan, D., Wu, C., & Zhu, J. (2023). Simulation analysis and experiments for blade-soil-straw interaction under deep ploughing based on the discrete element method. Agriculture, 13, article number 136. doi: 10.3390/agriculture13010136.