船式拖拉机相比传统轮式拖拉机能更好的适应水田作业环境,然而其作业过程中,由于驱动叶轮功率损失过大,存在着驱动力不足、滑转率过高等问题,使得船式拖拉机的进一步推广使用受到制约。目前,关于轮叶与土壤相互作用机理的理论研究主要采用力学分析及经验公式,研究过程存在大量简化,与实际工况存在较大误差;而驱动轮的实验研究,受制于实验条件,难以全面考虑各个参数的影响。本文采用有限元(FEM)和光滑粒子流体动力学(SPH)相结合的方法,可以从工程应用角度出发,细致全面的考虑叶轮结构、土壤参数及叶轮与土壤接触特性,优化叶轮结构参数,获得更加准确可靠的结果。从而减小驱动叶轮的功率损失、提高其驱动力、减小船式拖拉机滑转率。首先,本文通过试验测得水田土壤的含水率、密度、内摩擦角和内聚力等参数,并构建了水田土壤的非线性材料模型,依据船式拖拉机及驱动叶轮作业时的实际工况,结合SPH边界设置原则,建立了单轮叶-土壤动力学数值模型。通过与轮叶土槽试验结果对比,对模型的准确性进行了验证。其次,根据计算结果以及仿真过程中单轮叶与土壤相互作用细节,分析了轮叶所受土壤支撑力和推进力,在此基础上研究了单轮叶与土壤的相互作用机理,进而提出了提高轮叶驱动效率的设计原则。通过对不同结构参数的单轮叶进行仿真计算,结合轮叶与土壤作用机理,分析了轮叶各参数对其驱动效率的影响规律,并确定了最优轮叶结构,使得轮叶的驱动效率最大。最后,基于优化所得的单轮叶结构,对不同轮叶数量的驱动叶轮进行计算,对整个驱动叶轮与土壤的作用机理进行研究,分析了轮叶数量对叶轮驱动性能的影响规律。最终确定了最优的驱动叶轮结构,使得驱动叶轮的滑转率最低,同时土壤刺孔宽度显著减小。综上所述,相比样机,本文优化后得到的驱动叶轮结构,其单轮叶所受土壤支撑力得到有效降低、推进力显著增大,整体驱动效率提升了20.35%;驱动叶轮滑转率降低了21.96%,轮叶与土壤作用形成的刺孔宽度减小了13.31%。本文研究成果为船式拖拉机水田驱动叶轮结构设计提供了理论指导,对提高船式拖拉机的驱动性能具有重要意义。