摘要：针对种植于红粘土的木薯块根挖掘作业,采用有限元法（Finite element method,FEM）和光滑粒子流体动力学（Smoothedparticle hydrodynamics,SPH）的耦合算法及修正的莫尔-库仑屈服准则,建立木薯块根挖掘作业耦合计算模型,并进行物理试验验证。利用该计算模型对挖掘松土过程进行数值模拟,在细观上研究挖掘铲的松土机理和块根的变形过程。采用二次回归通用旋转设计方法和带精英策略的快速非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）,研究挖掘铲结构参数交互作用对牵引阻力、松土效果和块根最大有效应力的影响规律及对挖掘铲结构参数进行优化。结果表明,所建立的耦合计算模型适用于挖掘作业时土壤产生大变形的数值模拟研究。土壤被铲尖抬起,产生弯折、剪切破裂是土壤疏松的主要原因;在挖掘松土过程中,块根受土壤挤压产生弯曲变形。大的入土角和小的翼张角组合、大的入土角和大的铲宽组合、大的铲宽和小的翼张角组合,松土程度大,但小的入土角和小的铲宽组合、大的翼张角和小的铲宽组合,牵引阻力小,且大的翼张角和小的铲宽组合,块根最大有效应力小;挖掘铲结构参数的优组合如下：入土角为28°,翼张角为64°,铲宽为38 cm,其松土程度为20.83 mm,牵引阻力为8 641 N。

关键词：木薯块根 挖掘铲 数值模拟 机理 影响 

单位：广西大学机械工程学院 南宁530004