Procedurális modellezéssel készült, szabadfelületekkel határolt parametrikus talajművelő szerszámgeometria tervezése geometriaoptimalizáláshoz
Design of Parametric Tillage Tool Geometry Bounded by Freeform Surfaces Using Procedural Modeling Techniques for Geometric Optimization
Keywords:
Blender Geometry Nodes, geometric optimization, parametric geometry, tillage tool, procedural modeling, /, geometriaoptimalizálás, parametrikus geometria, talajművelő szerszám, procedurális modellezésAbstract
The optimization of the interaction between tillage tools and soil is an intensively researched field due to both economic and environmental reasons. Even a small increase in efficiency during tillage can lead to significant energy savings due to the large areas involved. Moreover, the proper design of tillage tools is crucial for maintaining soil health. The aim of this research is to model the geometry of a sweep tool with a parametric design, defined by freeform surfaces. The Blender Geometry Nodes (GN) tool was used to create the geometry. The parametrically designed sweep tool is defined by 14 parameters. Its 3D model enables geometric optimization through numerical simulations, such as the discrete element method (DEM), and serves as a basis for manufacturing. The results of this research contribute to the development of more cost-effective and environmentally friendly tillage tools in the future.
Kivonat
A talajművelő szerszámok és a talaj kölcsönhatásának optimalizálása intenzíven kutatott terület. Ennek gazdasági és környezetvédelmi okai is vannak. A talajművelés során elért kis hatásfoknövekedés ugyanis nagy mennyiségű energiamegtakarítással jár a nagy területek miatt. Továbbá a talajegészség megőrzésének szempontjából is kiemelt fontosságú a megfelelő talajművelő szerszámok kialakítása. Ezen kutatás célja egy parametrikus geometriával rendelkező, szabadfelületek által határolt kultivátorszerszám geometriájának modellezése. A geometria létrehozásához a Blender Geometry Nodes (GN) eszközét alkalmaztuk. A procedurális modellezési technikával kifejlesztett parametrikus kultivátorszerszám geometriája 14 paraméterrel definiálható. A szerszám parametrikus 3D modellje lehetővé teszi a geometriai optimalizálást numerikus szimulációk, például diszkrétele- mes módszer (DEM) segítségével, és a gyártás alapjául is szolgál. A kutatás eredményei hozzájárulhatnak a jövőbeli gazdaságosabb és környezetbarátabb talajművelésre alkalmas szerszámok fejlesztéséhez.
References
John M Blain. The complete guide to Blender graphics: computer modeling & animation. AK Peters/CRC Press, 2019.
David S Ebert és tsai. Texturing and modeling: a procedural approach. Elsevier, 2002.
Gerber Gábor Ferdinánd. Talajművelés gépeinek megismerése, működésük. Nemzeti Szakképzési és Felnőttképzési Intézet, 2008.
Geometry Nodes - Blender 4.3 Manual — docs.blender.org. https://docs.blender.org/manual/en/latest/ modeling/geometry_nodes/index.html. [Accessed 09-03-2025].
RJ Godwin és G Spoor. „Soil failure with narrow tines”. Journal of Agricultural Engineering Research
3 (1977), 213–228. old.
Kerényi György. „Talaj vágásának modellezése végeselem módszerrel”. Disszertáció. Budapest: Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, 1997.
Kocsis István. Talajművelő gépek szerkezete, szerelése. Nemzeti Szakképzési és Felnőttképzési Intézet, 2008.
Subrata Karmakar és R Lal Kushwaha. „Dynamic modeling of soil–tool interaction: an overview from a fluid flow perspective”. Journal of Terramechanics 43.4 (2006), 411–425. old.
Siemen Lens. Procedural 3D Modeling Using Geometry Nodes in Blender: Discover the professional usage of geometry nodes and develop a creative approach to a node-based workflow. Packt Publishing Ltd, 2023.
MN Lysych. „Review of numerical methods for modeling the interaction of soil environments with the tools of soil tillage machines”. Journal of Physics: Conference Series. 1399. köt. 4. IOP Publishing. 2019, 44014. old.
Birkás Márta. Talajművelők zsebkönyve. Mezőgazda Lap- és Könyvkiadó kft., 2010.
E McKyes és J Maswaure. „Effect of design parameters of flat tillage tools on loosening of a clay soil”.
Soil and Tillage Research 43.3-4 (1997), 195–204. old.
Pascal Müller és tsai. „Procedural modeling of buildings”. ACM SIGGRAPH 2006 Papers. 2006, 614– 623. old.
László Pásthy, Bence Szabó és Kornél Tamás. „Measuring and modelling of soil displacement from a horizontal penetrometer and a sweep using an IMU sensor fusion and DEM”. Soil and Tillage Research 244 (2024), 106207. old.
Szendrő Péter. Mezőgazdasági gépszerkezettan. Mezőgazdasági Szaktudás Kiadó, Budapest, 2000. [16] Ruben M Smelik és tsai. „A survey on procedural modelling for virtual worlds”. Computer graphics
forum. 33. köt. 6. Wiley Online Library. 2014, 31–50. old.
