挖拔式块根收获方式是木薯块根机械收获的主要方式,其挖掘部件是完成松土作业的关键部件。目前,挖掘松土作业时挖掘铲与土壤的作用过程及土壤的破裂、块根变形、应力变化过程不详,而挖掘铲的松土作业机理是优化挖掘铲结构参数和作业参数的基础,因此开展木薯块根挖掘机理的动力学仿真研究具有重要意义。课题首先测定了木薯块根和土壤的物理力学特性参数,采用ANSYS/LS-DYNA显示动力学仿真软件,并利用拉格朗日算法和光滑粒子流体动力学算法相结合的方法及修正的莫尔-库仑屈服准则,建立挖掘铲-土壤-木薯系统的动力学可视化仿真模型并进行了田间实地物理试验验证。利用仿真模型对木薯块根挖掘松土过程进行数值模拟分析,在微观层次上研究挖掘铲的松土机理、土壤的变形、破裂、疏松过程和块根的应力变化过程。同时,采用单因素试验方法,研究了挖掘铲铲尖结构参数对试验指标的影响规律。结果表明,土壤被铲尖抬起,产生弯折、剪切破裂是挖掘作业土壤疏松的主要原因；土壤被铲尖挤压抬起,块根被土壤挤压产生弯曲变形,当铲尖的挤压作用达到一定值时,块根与土壤的连结被破坏。挖掘铲入土角和铲宽增大,牵引阻力增大,松土程度增加,但块根的弯曲变形也增大,等效应力增大,块根易产生折断,造成收获损失,而其翼张角增大,牵引阻力减小,松土程度减小。