农业机械学报

作者：王宇星，王晓燕，李洪文，吴正阳，高世杰，刘迪

单位：中国农业大学;农业农村部河北北部耕地保育农业科学观测试验站,中国农业大学;农业农村部河北北部耕地保育农业科学观测试验站,中国农业大学;农业农村部河北北部耕地保育农业科学观测试验站,中国农业大学;农业农村部河北北部耕地保育农业科学观测试验站,中国农业大学;农业农村部河北北部耕地保育农业科学观测试验站,中国农业大学;农业农村部河北北部耕地保育农业科学观测试验站,

关键词：苏打盐碱土;屈服阻力;离散元法;参数标定;锥刺试验;单轴压缩试验

基金：国家重点研发计划项目(2023YFD1500602-03)

松嫩平原作为世界三大盐碱地区之一，其特有的苏打盐碱土因其粘重特性显著，在设计和优化针对该类型土质的作业机具时，必须考虑土壤耕作阻力。离散元法（Discrete element method, DEM）在预测土壤耕作阻力时更加精确快速，成为耕作机具设计优化的重要工具。本研究构建苏打盐碱土DEM模型并进行参数标定，选择Hertz-Mindlin with Bonding V2模型作为DEM仿真模型。通过文献查阅获取土壤与机具的本征参数，使用倾斜平面试验确定土壤间、土壤与机具间的接触参数。进一步采用锥刺和单轴压缩试验，结合中心复合设计（Central composite design，CCD）获取Bond键参数的最优组合。最后通过田间试验验证参数标定的准确性。试验结果表明，锥刺和单轴压缩试验土壤屈服阻力分别为153.3 N和331.4 N；在深40 cm土层，开沟铲作业阻力为11 907.5 N；Bond键最优参数组合：单位面积法向刚度Kn为3.68×107 N/m3、单位面积切向刚度Ks为2.97×107 N/m3、法向应力σ为197 374 Pa和切向应力τ为96 285.5 Pa。通过对比锥刺试验、单轴压缩试验及田间试验的阻力预测值与实测值，相对误差分别为-0.95%、0.78%和-8.61%，证明了DEM模型的可靠性，展示了该模型准确预测苏打盐碱土耕作阻力的能力。

来源：2025年第1期

《农业机械学报》期刊编辑部

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