玉米根土复合体离散元模型

剪切切削仿真误差<5%

该离散元模型针对玉米根茬-土壤复合体专门标定，能准确复现其剪切和切削力学行为，为触土部件优化提供比通用土壤模型更可靠的仿真基础。

Zhang, Shilin · 赵竑博 · 王学振 · Dong, Jianxin · 赵鹏飞 · Yang, F. · Chen, X. · Fang, Liu · Huang, Yuxiang

Computers and Electronics in Agriculture 2023

参数信息

内摩擦角仿真误差

<5 %

粘聚力仿真误差

<5 %

土壤-根表面能

1.72-3.83 J·m⁻²

单根刚度

2.5e9-6.51e9 N·m⁻³

单根临界应力

6e9-7e9 Pa

技术优势

仿真误差不到5%

模型经过直剪和切削试验标定，内摩擦角和粘聚力的仿真与实测相对误差均小于5%。

根茬参数专门标定

给出了根-土界面表面能1.72–3.83 J·m⁻²、单根刚度2.5×10⁹–6.51×10⁹ N·m⁻³和临界应力6×10⁹–7×10⁹ Pa的标定范围。

能模拟切削过程

模型可准确模拟根土复合体的剪切和切削过程，仿真与实测的剪切应力和切削力随位移变化基本一致。

应用场景

• 保护性耕作装备：用该模型仿真根茬-土壤复合体对机具的阻力，优化免耕播种机等装备的触土部件设计。
• 触土部件优化：通过仿真预测不同部件形状的切削力和剪切应力，减少田间试验次数。
• 农业机械仿真：将标定参数导入EDEM等软件，提高农机与土壤相互作用仿真的准确性。
• 离散元法应用：提供根土复合体的DEM建模方法，可用于其他作物残茬和土壤条件的参数标定。