Yıl 2018, Cilt 21, Sayı 3, Sayfalar 304 - 311 2018-06-15

A Research on Utilizing of Discrete Element Method in the Design of Agricultural Machineries
Ayrık Elemanlar Metodunun Tarım Makineleri Tasarımında Kullanımı Üzerine Bir Araştırma

Mustafa ÜÇGÜL [1] , Chris SAUNDERS [2] , Ali AYBEK [3]

63 159

The energy required for tillage processes accounts for a significant proportion of total energy usage in crop production. Development of more efficient tillage tools is essential to reduce the energy consumption and to increase agricultural production. Although there are some methods which are currently being used to analyze and design agricultural machineries (i.e. empirical, analytical and continuum numerical (Finite element method) methods), each of which has its own shortcomings. In this study, as a novel approach discrete element method was explained and then the possibility of using discrete element method to design agricultural machineries was investigated. For this purpose, draught forces and soil profile measured by Saunders (2002) for soil-mouldboard plough interaction was simulated. Simulation results showed that draught forces can be predicted with a maximum relative error of 20.5%, while soil profile was simulated with 9.3 % relative error. Results of the study proved that the discrete element method can effectively be used to design agricultural machineries.

Tarımsal üretim için kullanılan enerjinin çok büyük bir kısmı toprak işlemede kullanılmaktadır. Bu nedenle tarımda verimliliği artırmak ve enerji kullanımını azaltmak için enerji gereksinimi düşük olan tarım alet ve makinelerinin geliştirilmesi gereklidir. Tarım makinelerinin analiz ve tasarımı için çeşitli metotlar kullanılıyor olsa da (örneğin: deneysel, analitik ve nümerik (sonlu elamanlar) metotlar) bu metotların her birinin çeşitli dezavantajları bulunmaktadır. Bu çalışmada yeni bir yöntem olan ayrık elemanlar metodu tanıtılmış ve bu metodun tarım makineleri tasarımında kullanılabilirliği araştırılmıştır. Bu amaçla daha önce Saunders (2002) tarafından kulaklı pulluk kullanılarak yapılmış olan deneysel bir çalışma, ayrık elemanlar metodu kullanılarak çeki kuvvetinde maksimum %20.5 ve ortalama toprak profilinde % 9.3 bağıl hata ile simüle edilmiştir. Çalışmanın sonuçları ayrık elemanlar metodunun tarım makineleri tasarımında verimli bir şekilde kullanılabileceğini göstermiştir.
  • Academia, 2015. Some useful numbers for rocks and soils. http://www.academia.edu/4056287/ SomeUseful_ Numbers_for_rocks_and_soils (Erişim tarihi: 15.04.2016)
  • Asaf, Z., Rubinstein, D., Shmulevich, I. 2007. Determination of Discrete Element Model Parameters Required for Soil tillage. Soil and Tillage Research. 92(1-2): 227-242.
  • Bravo, E.L., Tijskens, E., Suárez, M.H., Cueto, O.G., Ramon, H., 2014. Prediction Model for Non-Inversion Soil Tillage Implemented on Discrete Element Method. Computers and Electronics in Agriculture, 106, 120-127.
  • Budynas, R.G., Nisbett, K.J., 2012. Shigley's Mechanical Engineering Design, McGraw-Hill Education
  • Chen, Y., Munkholm, L.J., Nyord, T., 2013. A Discrete Element Model for Soil-Sweep Interaction in Three Different Soils. Soil and Tillage Research, 126: 34-41
  • Cundall, P.A., Strack, O.D.L., 1971. A Discrete Numerical Model for Granular Assemblies. Geotechnique, 29: 47-65.
  • EDEM, 2011. EDEM Theory Reference Guide. Edinburgh, UK, DEM Solutions. Fielke, J.M., 1999. Finite Element Modelling of the Interaction of the Cutting Edge of Tillage Implements with Soil. Journal of Agricultural Engineering Research, 74(1): 91-101.
  • Godwin, R.J., O’Dogherty, M.J., Saunders, C., Balafoutis, A.T., 2007. A Force Prediction Model for Mouldboard Ploughs Incorporating the Effects of Soil Characteristic Properties, Plough Geometric Factors and Ploughing Speed. Biosystems Engineering. 97(1): 117-129.
  • Hudson Tool Steel (2016). P20 Mold steel. http://www.hudsontoolsteel.com/technical-data/ steelP0 (Erişim tarihi: 20.02.2017)
  • Huser, A., Kvernvold, O., 1998. Prediction of Sand Erosion in Process and Pipe Components. In BHR Group Conference Series Publication (Vol. 31, pp. 217-228). Mechanical Engineering Publications Limited.
  • Karmakar, S., Kushawa, R.L., 2005. Simulation of Soil Deformation around a Tillage Tool Using Computational Fluid Dynamics. Transactions of ASAE, 48(3): 23-32.
  • Karmakar, S., Ashrafizadeh, S.R., Kushwaha, R.L., 2009. Experimental Validation of Computational Fluid Dynamics Modeling for Narrow Tillage Tool Draft. Journal of Terramechanics, 46(6): 277-283.
  • Kushwaha, R.L., Shen, J., 1995. Finite Element Analysis of the Dynamic Interaction between Soil and Tillage Tool. Transactions of the ASAE, 37(5): 1315-1319.
  • McKyes, E., 1985. Soil Cutting and Tillage. Amsterdam, The Netherlands. Raji, A.O., 1999. Discrete Element Modeliing of the Deformation of Bulk Agricultural Particles. PhD, University of Newcastle upon Tyne.
  • Saunders, C., 2002. Optimising the Performance of Shallow, High-Speed Mouldboard Ploughs. PhD, Cranfield University
  • Shmulevich, I., Asaf, Z., Rubinstein, D., 2007. Interaction between Soil and a Wide Cutting Blade Using the Discrete Element Method. Soil and Tillage Research, 97(1): 37-50.
  • Tanaka, H., Momozo, M., Oida, A., Yamazaki, M., 2000. Simulation of Soil Deformation and Resistance at Bar Penetration by Distinct Element Method. Journal of Terramechanics, 37:41-56.
  • Ucgul, M., Fielke, J.M., Saunders, C., 2014. 3D DEM Tillage Simulation: Validation for a Sweep Tool for a Cohesionless Soil. Soil and Tillage Research. 144: 220-227
  • Ucgul, M., Fielke, J.M., Saunders, C., 2015. Three-Dimensional Discrete Element Modelling (DEM) of Tillage: Accounting for Soil Cohesion and Adhesion. Biosystems Engineering. 129: 298-306.
  • Walton, O.R., Braun, R.L., 1986. Stress Calculations for Assemblies of Inelastic Spheres in Uniform shear. Acta Mechanica 63: 73-86.
  • Walton, O., 2006. Elastic-Plastic Contact Model. Company Report, DEM Solutions.
Birincil Dil tr
Konular Fen
Dergi Bölümü ARAŞTIRMA MAKALESİ
Yazarlar

Orcid: 0000-0001-8528-7490
Yazar: Mustafa ÜÇGÜL

Orcid: 0000-0003-2506-891X
Yazar: Chris SAUNDERS

Orcid: 0000-0003-3036-8204
Yazar: Ali AYBEK

Bibtex @araştırma makalesi { ksutarimdoga428657, journal = {Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Tarım ve Doğa Dergisi}, issn = {}, eissn = {2619-9149}, address = {Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi}, year = {2018}, volume = {21}, pages = {304 - 311}, doi = {10.18016/ksudobil.308577}, title = {Ayrık Elemanlar Metodunun Tarım Makineleri Tasarımında Kullanımı Üzerine Bir Araştırma}, key = {cite}, author = {ÜÇGÜL, Mustafa and SAUNDERS, Chris and AYBEK, Ali} }
APA ÜÇGÜL, M , SAUNDERS, C , AYBEK, A . (2018). Ayrık Elemanlar Metodunun Tarım Makineleri Tasarımında Kullanımı Üzerine Bir Araştırma. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Tarım ve Doğa Dergisi, 21 (3), 304-311. DOI: 10.18016/ksudobil.308577
MLA ÜÇGÜL, M , SAUNDERS, C , AYBEK, A . "Ayrık Elemanlar Metodunun Tarım Makineleri Tasarımında Kullanımı Üzerine Bir Araştırma". Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Tarım ve Doğa Dergisi 21 (2018): 304-311 <http://dogadergi.ksu.edu.tr/issue/37038/428657>
Chicago ÜÇGÜL, M , SAUNDERS, C , AYBEK, A . "Ayrık Elemanlar Metodunun Tarım Makineleri Tasarımında Kullanımı Üzerine Bir Araştırma". Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Tarım ve Doğa Dergisi 21 (2018): 304-311
RIS TY - JOUR T1 - Ayrık Elemanlar Metodunun Tarım Makineleri Tasarımında Kullanımı Üzerine Bir Araştırma AU - Mustafa ÜÇGÜL , Chris SAUNDERS , Ali AYBEK Y1 - 2018 PY - 2018 N1 - doi: 10.18016/ksudobil.308577 DO - 10.18016/ksudobil.308577 T2 - Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Tarım ve Doğa Dergisi JF - Journal JO - JOR SP - 304 EP - 311 VL - 21 IS - 3 SN - -2619-9149 M3 - doi: 10.18016/ksudobil.308577 UR - http://dx.doi.org/10.18016/ksudobil.308577 Y2 - 2017 ER -
EndNote %0 Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Tarım ve Doğa Dergisi Ayrık Elemanlar Metodunun Tarım Makineleri Tasarımında Kullanımı Üzerine Bir Araştırma %A Mustafa ÜÇGÜL , Chris SAUNDERS , Ali AYBEK %T Ayrık Elemanlar Metodunun Tarım Makineleri Tasarımında Kullanımı Üzerine Bir Araştırma %D 2018 %J Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Tarım ve Doğa Dergisi %P -2619-9149 %V 21 %N 3 %R doi: 10.18016/ksudobil.308577 %U 10.18016/ksudobil.308577
ISNAD ÜÇGÜL, Mustafa , SAUNDERS, Chris , AYBEK, Ali . "Ayrık Elemanlar Metodunun Tarım Makineleri Tasarımında Kullanımı Üzerine Bir Araştırma". Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Tarım ve Doğa Dergisi 21 / 3 (Haziran 2018): 304-311. http://dx.doi.org/10.18016/ksudobil.308577