玉米田耕层典型土壤离散元模型建立与参数标定

作     者：周华 车海龙 耿端阳 陈美舟 张银平 ZHOU Hua;CHE Hailong;GENG Duanyang;CHEN Meizhou;ZHANG Yinping

作者机构：山东理工大学农业工程与食品科学学院淄博255000 山东省旱作智能农机装备协同创新中心淄博255000 

出 版 物：《农业机械学报》 (Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery)

年 卷 期：2023年第54卷第11期

页      面：49-60,113页

核心收录：

学科分类：0711[理学-系统科学] 081203[工学-计算机应用技术] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0835[工学-软件工程] 0901[农学-作物学] 0814[工学-土木工程] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：山东省自然科学基金项目(ZR2022QE150) 国家重点研发计划项目(2021YFD2000401-2) 山东省重点研发计划项目(2019GNC106087) 

主　　题：玉米田耕层土壤 玉米根土复合体 离散元 参数标定 

摘      要：为获取玉米田耕层不同土壤的各项参数,本文将玉米田耕层典型土壤分为未与玉米根茬接触的普通土壤(PT)和与玉米根茬结合形成根土复合体的土壤(GT),采用物理试验与离散元仿真相结合的方法,分别对离散元参数进行标定。基于Hertz-Mindlin(no slip)接触模型,采用中心组合试验设计方法,以土壤堆积角为目标值,进行了四因素五水平仿真试验。基于Hertz-Mindlin with bonding接触模型,采用Design-Expert软件,应用Plackett-Burman设计敏感性分析试验、最陡爬坡试验、Box-Behnken试验,以土壤硬度为目标值,对显著性参数进行寻优,得到PT最优解组合为:粘结键法向刚度4.37×10^(7)N/m^(3)、粘结键切向刚度1.46×10^(7)N/m^(3)、切向极限应力3.24×105Pa;GT最优解组合为:粘结键法向刚度5.19×10^(7)N/m^(3)、粘结键切向刚度4.25×10^(7)N/m^(3)、法向极限应力4.52×105Pa。基于两种土壤标定的参数对其进行了土壤直剪验证试验,结果表明,所标定的两种土壤仿真和实测最大剪应力的相对误差均低于10%,仿真参数可靠。本文提出的土壤颗粒建模方法、标定方法及其所标定的参数值准确可靠,可为玉米田耕层土壤模型构建提供理论依据。