农业机械学报

作者：亚森江·白克力，宋玲，岳勇，徐浩东，幸仁圣

单位：新疆农业大学,新疆农业大学,新疆农业大学,新疆农业大学,新疆农业大学,

关键词：棉秆根系起拔力模拟;离散元;土壤粘结模型;根-土界面;破坏分析

基金：新疆维吾尔自治区青年科学基金项目(2022D01B91)

当前棉秆起拔过程中，棉秆根系-土壤界面作用机制复杂，缺乏高精度仿真模型，进而导致起拔机械在结构设计与参数优化方面面临困难。为此，基于离散元法（DEM），构建了新疆棉田典型土壤的粘结模型及棉秆根系-土壤系统，系统揭示起拔过程中的界面力学响应与破坏机制。通过无侧限抗压试验与Box-Behnken设计（BBD）相结合，完成土壤粘结参数的标定，得到最优组合：单位面积法向粘接刚度1.05×108N/m3、单位面积切向粘接刚度3.09×108N/m3、单位面积法向粘结应力6.95×105Pa/m2、单位面积切向粘结应力6.69×105Pa/m2，仿真与试验结果的轴向压力误差为1.7%。在此基础上，基于EDEM软件构建了棉秆根系-土壤系统模型，并通过仿真与田间试验对比验证，预测起拔力为592.56N，与实测值598.2N的相对误差为1%。进一步分析起拔力-时间曲线，界面响应过程可分为弹性加载、峰值加载、衰减和残余稳定4个阶段，分别对应剪应力积累、粘结破坏、根-土滑移及残余接触;揭示了剪切力主导起拔阻力演化，破坏模式受根径与土壤条件共同影响的机制。本研究为棉秆类作物根-土界面的高精度建模提供了仿真方法支撑，同时为起拔结构设计与作业参数优化提供理论基础。

来源：2025年第10期

《农业机械学报》期刊编辑部

查看农业机械学报杂志2025年第10期