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基于EEPA接触模型的土壤耕作特性模拟及颗粒球型影响分析

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采用EEPA(Edinburgh elssto-plastic adhesion)接触模型模拟土壤耕作特性,探究颗粒球型对土壤离散元模型仿真精度及计算效率的影响.测定了室内土槽土壤的静态堆积角、轴向压力、耕作阻力、耕作堆积角等土壤特性参数,确定并优化了单球土槽土壤离散元模型仿真参数.建立土槽土壤-挖掘犁铲离散元耦合仿真模型并进行仿真参数验证,耕作阻力模拟值与实测值误差为1.70％.以13 mm为等效粒径确定了单球、双球、三球、四球等4种土壤颗粒的外形尺寸,采用单球、单球变粒径、双球、三球、四球、多球混合等填充方式建立了6种虚拟土槽,以耕作阻力、耕作堆积角、仿真时间为试验指标开展挖掘犁铲耕作过程仿真试验.试验结果表明:6种虚拟土槽的耕作阻力模拟值与实测值相对误差均小于8％,能够满足耕作阻力模拟要求;耕作堆积角模拟值与实测值相对误差为2.32％～20.32％,单球变粒径、四球、多球混合等虚拟土槽耕作堆积角相对误差均小于10％;单球土槽挖掘犁铲耕作仿真时间约为80.44 min,受土壤颗粒填充数量、接触关系及颗粒球型等因素影响,其他填充条件下仿真时间均有显著增加.综合考虑仿真精度及计算效率,土壤耕作阻力模拟时虚拟土槽宜采用单球颗粒填充方式,耕作堆积角模拟时虚拟土槽宜采用四球或多球混合填充方式建立.该研究为土壤-机具互作离散元仿真的建模,EEPA接触模型的参数选择,颗粒球型及填充方法的确定提供了依据和参考.
Simulation of soil tillage characteristics and influence analysis of particle sphere type based on EEPA contact model

万里鹏程、李永磊、苏辰、赵虎、董向前、宋建农、王继承

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中国农业大学工学院,北京100083

土壤耕作 离散元 仿真模拟 EEPA接触模型 颗粒球型

国家重点研发计划项目

2016YFD0700302

2021

10.11841/j.issn.1007-4333.2021.12.19

中国农业大学学报
中国农业大学

中国农业大学学报

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子：0.971
ISSN：1009-508X
年,卷(期)：2021.26(12)
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