农业机械学报

作者：周华，车海龙，耿端阳，陈美舟，张银平

单位：山东理工大学,山东理工大学,山东理工大学,山东理工大学,山东理工大学,

关键词：玉米田耕层土壤;玉米根土复合体;离散元;参数标定

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）和山东省重点研发计划项目（2019GNC106087）

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4.37×107N/m3、粘结键切向刚度1.46×107N/m3、切向极限应力3.24×105Pa；GT最优解组合为：粘结键法向刚度5.19×107N/m3、粘结键切向刚度4.25×107N/m3、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。

来源：2023年第11期

《农业机械学报》期刊编辑部

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