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土壤表面微形貌加工技术及其在南方丘陵山区坡耕地的应用前景

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云南农业大学学报（自然科学版） 2018年第6期33卷 1163-1174页

作者：张智泓王晓阳佟金赖庆辉张兆国高旭航 Stephen CARR 昆明理工大学现代农业工程学院云南昆明650500 United States Department of Agriculture Agricultural Research Service OH 44961 Wooster USA 吉林大学生物与农业工程学院吉林长春130025 International Soil and Water Renewables LLC Salem 47167 Indiana USA

坡耕地的水土流失和季节性干旱对地区生态环境和农业生产造成严重负面影响。近年来,一种通过改变田间微观地貌以实现集雨目的的新型整地方式,即土壤表面微形貌加工在国外得到快速发展,并成为解决这一问题的关键。本文针对土壤表面微形... 详细信息

坡耕地的水土流失和季节性干旱对地区生态环境和农业生产造成严重负面影响。近年来,一种通过改变田间微观地貌以实现集雨目的的新型整地方式,即土壤表面微形貌加工在国外得到快速发展,并成为解决这一问题的关键。本文针对土壤表面微形貌加工技术的作业原理、在国内外不同地区作业实现的作业效果、当前作业采用的主要机具进行了系统的描述和归纳,阐明该技术可有效控制坡耕地水土流失并提高水资源利用效率。结合南方丘陵山区坡耕地实际特点,对土壤表面微形貌加工技术的应用前景和潜在价值进行了探讨和展望,认为该技术可对云南省坡耕地降雨地表径流加以综合利用,以达到控制水土流失和缓解区域干旱缺水的双重目的。

关键词：雨水集蓄土壤表面微形貌加工旱作农业水土流失季节性干旱

凸齿镇压器与土壤相互作用的三维动态有限元分析

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农业工程学报 2014年第10期30卷 48-58,F0003页

作者：佟金张智泓陈东辉张清珠马云海吉林大学生物与农业工程学院长春130025 吉林大学工程仿生教育部重点实验室长春130025

为分析凸齿镇压器与土壤的相互作用、预测不同的作业参数对凸齿镇压器作业效果的影响,该文利用有限元方法,在Abaqus软件中建立了凸齿镇压器与土壤相互作用的三维动态有限元模型。该模型在分析过程中使用任意拉格朗日-欧拉方法对网格进... 详细信息

为分析凸齿镇压器与土壤的相互作用、预测不同的作业参数对凸齿镇压器作业效果的影响,该文利用有限元方法,在Abaqus软件中建立了凸齿镇压器与土壤相互作用的三维动态有限元模型。该模型在分析过程中使用任意拉格朗日-欧拉方法对网格进行自适应划分,以解决土体局部变形引起单元畸变而导致分析中断的问题。根据凸齿镇压器的2种工作模式,对模型设置不同的边界条件,探讨不同载荷对凸齿镇压器沉降量和所需牵引力的影响以及不同沉降量对所需载荷及牵引力的影响。搭建了基于室内土槽的凸齿镇压器牵引试验平台,通过土槽试验对有限元分析结果的有效性进行验证。结果表明,有限元求解的牵引力与实测值相对误差为3.4%,并且有限元分析模型运行结果能准确反映土壤的形貌变化特征;任意拉格朗日-欧拉方法有效解决了单元扭曲导致分析不收敛的问题;在恒定速度下,凸齿镇压器的沉降量和所需水平牵引力随着载荷的增大而增大,同样,沉降量的增大导致了所需载荷和牵引力的增加。该三维有限元模型可用于预测凸齿镇压器工作过程中的所需牵引力和土壤表面微形貌加工的作业效果,可为探索凸齿镇压器与土壤相互作用的机理,对凸齿形状进行改良与优化、以及作业条件与参数的选择提供参考依据。

关键词：土壤有限元方法镇压器机具-土壤相互作用土壤表面微形貌加工任意拉格朗日-欧拉方法

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凸齿镇压器作业过程的运动学与动力学分析

安徽农业科学 2016年第5期44卷 316-321,333页

作者：张智泓张广凯佟金 Stephen Carr 赖庆辉张兆国方秋容昆明理工大学现代农业工程学院云南昆明650500 吉林大学生物与农业工程学院吉林长春130025 吉林大学工程仿生教育部重点实验室吉林长春130025 International Soil and Water Renewables LLC Indiana Salem 47167 US

[目的]基于理论推导建立凸齿镇压器作业过程中的运动学和动力学模型。[方法]根据运动学中刚体做平面运动的瞬心定理和牵连运动为平动时质点的加速度合成定理,建立凸齿镇压器在不同工作阶段的运动参数模型;根据动力学中的动量定理、动能... 详细信息

[目的]基于理论推导建立凸齿镇压器作业过程中的运动学和动力学模型。[方法]根据运动学中刚体做平面运动的瞬心定理和牵连运动为平动时质点的加速度合成定理,建立凸齿镇压器在不同工作阶段的运动参数模型;根据动力学中的动量定理、动能定理和冲量定理,建立凸齿镇压器工作状态中所需牵引力、凸齿与地面作用瞬间产生的冲击力和冲击能的参数模型。[结果]凸齿镇压器作业过程中所需的牵引力随着凸齿镇压器的自身质量和滚动阻力系数的增加而增大,而凸齿镇压器转动惯量的增加会降低凸齿镇压器所需牵引力;冲击过程中,凸齿镇压器的牵引速度越大、质量和转动惯量越大、冲击时间越短,则冲击力越大;凸齿镇压器冲击土壤时的冲击能随着凸齿的转动惯量、质量和质心竖直向下移动距离的提高而增加,而随土壤的弹性系数与土壤的塑性变形量的增加而减小。[结论]建立了凸齿镇压器在不同工作状态下运动学及动力学模型,分析并揭示了凸齿镇压器结构参数与运动参数间的相互联系,探索了凸齿镇压器冲击土壤的特征规律,为设计和优化其结构参数和运动参数提供了理论依据。

关键词：凸齿镇压器土壤表面微形貌加工理论力学运动学模型动力学模型

基于有限元方法的凸齿镇压器运动学和动力学分析

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安徽农业科学 2016年第2期44卷 325-329页

作者：张智泓张广凯佟金 Stephen Carr 赖庆辉张兆国方秋容昆明理工大学现代农业工程学院云南昆明650500 吉林大学生物与农业工程学院吉林长春130025 吉林大学工程仿生教育部重点实验室吉林长春130025 International Soil and Water Renewables LLC

为探索凸齿镇压器在作业过程中的运动学和动力学特性,基于验证有效性后的有限元模型,求解了凸齿镇压器外缘点运动轨迹和速度以及加速度随时间的变化规律曲线。结果表明:轮缘点所在凸齿冲击土壤的行为并未在轮缘点竖直方向速度最大时完成... 详细信息

为探索凸齿镇压器在作业过程中的运动学和动力学特性,基于验证有效性后的有限元模型,求解了凸齿镇压器外缘点运动轨迹和速度以及加速度随时间的变化规律曲线。结果表明:轮缘点所在凸齿冲击土壤的行为并未在轮缘点竖直方向速度最大时完成;凸齿镇压器轮缘外一点的绝对运动轨迹呈波动状态的余摆线形式;凸齿镇压器轮缘点在接地位置有与前进方向相反的相对滑动。

关键词：凸齿镇压器土壤表面微形貌加工有限元方法运动轨迹求解运动学和动力学分析