基于堆積試驗的黏壤土仿真物理參數標定

向 偉，吳明亮，呂江南，全 偉，馬 蘭，劉佳杰

基于堆積試驗的黏壤土仿真物理參數標定

向 偉1,2，吳明亮1※，呂江南2，全 偉1，馬 蘭2，劉佳杰2

（1. 湖南農業大學工學院，長沙 410128；2. 中國農業科學院麻類研究所，長沙 410205）

為獲取南方黏壤土的離散元仿真模型精準接觸參數，構建土壤離散元仿真模型，基于土壤堆積試驗，結合試驗測定和EDEM軟件推薦的參數構建土壤仿真模型，以休止角為響應值，采用Design Expert軟件依次設計Plackett-Burman試驗、最陡爬坡試驗和Box-Behnken試驗完成土壤仿真物理參數標定及優化。進一步通過成穴裝置成穴的仿真試驗與土槽試驗的對比分析，驗證黏壤土仿真模型的精準性。成穴試驗的仿真與土槽試驗結果表明，裝置在仿真土壤中運動規律與土槽試驗中差異較小，成型穴孔的開口縱長和有效深度的誤差分別為3.98%和1.87%，模擬仿真土壤的物理力學特性與實際土壤一致，表明黏壤土的離散元仿真參數系統標定研究的方法準確可行。研究構建了南方黏壤土精準的離散元仿真模型，為該類型土壤與觸土部件相互作用的動力學研究提供技術支持。

模型；離散元；黏壤土；參數標定；休止角；仿真參數；JKR接觸模型

0 引 言

采用實測試驗與仿真模擬相結合的方法研究觸土機具與土壤相互作用規律，可從細觀上研究受機具作用下土壤顆粒的動態行為，直觀量化分析土壤在機具作用下的運動規律，為農機具的優化提供技術支持[1-3]。土壤顆粒具有典型的離散性[4]，且與觸土部件作用時土壤顆粒呈現動態變化，離散元法分析中將土壤看作由一系列離散的獨立運動的顆粒單元組成，整個土壤的運動和變形由各顆粒單元的運動和相互位置來描述，因而選擇離散元法進行土壤數值模擬更為精準[5-7]。……