典型含水率下菌草土壤—移栽触土部件离散元参数标定

作     者：叶大鹏 林志强 青家兴 高宇轩 吴逸腾 谢立敏 Ye Dapeng;Lin Zhiqiang;Qing Jiaxing;Gao Yuxuan;Wu Yiteng;Xie Limin

作者机构：福建农林大学机电工程学院福州市350002 福建省农业信息感知技术重点实验室福州市350002 

出 版 物：《中国农机化学报》 (Journal of Chinese Agricultural Mechanization)

年 卷 期：2025年第46卷第2期

页      面：279-286,294页

学科分类：09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 090301[农学-土壤学] 

基　　金：福建省林业科学技术攻关项目(2023FKJ01) 福建省重大专项(2021NZ0101) 福建农林大学交叉学科项目(XKJC—712021030) 

主　　题：含水率 菌草 土壤 触土材料 离散元 参数标定 

摘      要：为探究种植菌草的丘陵地区土壤间、土壤与移栽触土部件间相互作用的规律并获取其仿真参数,运用Hertz—Mindlin with JKR接触模型对特定的12%±1%和20%±1%的含水率土壤—移栽触土部件进行离散元参数标定。开展土壤堆积角物理试验、土球斜面滚动物理试验。以土壤颗粒间、土壤与移栽触土部件间的表面能、恢复系数、动摩擦系数、静摩擦系数为标定对象,设计旋转中心组合试验并以仿真的土壤堆积角、土球在65Mn板上滚动距离为响应值,采用Box—Behnken对试验数据回归分析,以实测的土壤堆积角、土球滚动距离为优化目标,采用两种典型含水率下土壤与触土材料(65Mn)的静摩擦系数为约束条件,得到两种典型含水率的土壤间、土壤与移栽触土部件的离散元参数:含水率分别为12%±1%、20%±1%时,土壤颗粒间表面能、恢复系数、动摩擦系数、静摩擦系数为11.042 J/m^(2)和11.851 J/m^(2)、0.412和0.574、0.093和0.129、0.994和1.009;土壤与触土部件表面能、恢复系数、动摩擦系数为5.046 J/m^(2)、8.026 J/m^(2),0.362、0.388和0.066、0.07。为验证优化后离散元参数的准确性,开展验证试验得:两种典型含水率土壤仿真、物理堆积角相对误差为0.96%、0.95%,仿真、物理滚动试验相对误差为0.52%、1%。结果表明,优化标定后的土壤模型参数能够仿真该地区真实的菌草土壤模型,可为菌草移栽械关键部件的设计与优化提供重要理论依据。