为研究农业机械与水田壤土间的相互作用,需获取水田壤土的物理及接触参数。结合物理堆积试验,以休止角作为响应值,采用离散元法(DEM)并选取Hertz-Mindlin with JKR(Johnson-Kendall-Roberts)接触模型对长江中游地区水田壤土展开参数标...为研究农业机械与水田壤土间的相互作用,需获取水田壤土的物理及接触参数。结合物理堆积试验,以休止角作为响应值,采用离散元法(DEM)并选取Hertz-Mindlin with JKR(Johnson-Kendall-Roberts)接触模型对长江中游地区水田壤土展开参数标定研究。首先,通过物理堆积试验获取了壤土休止角(AoR)与含水率间的定量关系,由不同含水率土壤的堆积结果筛分出4种代表性堆积形态,由于水田壤土堆积体轮廓外形比较独特,因此仅对其左右两侧轮廓采用三次多项式进行局部拟合,计算其休止角。以长江中游地区水田壤土成因和预试验为依据来确定其离散元模型中9个参数的高低水平值,通过Plackett-Burman试验设计进行方差分析,发现壤土剪切模量、壤土间动摩擦因数、壤土与不锈钢间静摩擦因数和JKR表面能对AoR影响明显。然后,采用基于响应面法(RSM)原理的Box-Behnken试验设计(BBD)建立了AoR与4个显著性参数间的二次多项式回归模型。依据二次多项式回归模型对目标响应进行预测,得到最优参数组合。以此为基础对壤土AoR进行离散元仿真,AoR数值计算结果(45.4°)与试验结果(44.6°)相对误差为1.79%。最后,选取含水率分别为44.4%、48.7%的壤土进行堆积角仿真模拟,计算结果与堆积试验相对误差分别为2.8%、7.14%。研究表明:回归模型可以根据壤土含水率或AoR预测长江中游地区水田壤土的相关本征参数和接触参数。展开更多
文摘为研究农业机械与水田壤土间的相互作用,需获取水田壤土的物理及接触参数。结合物理堆积试验,以休止角作为响应值,采用离散元法(DEM)并选取Hertz-Mindlin with JKR(Johnson-Kendall-Roberts)接触模型对长江中游地区水田壤土展开参数标定研究。首先,通过物理堆积试验获取了壤土休止角(AoR)与含水率间的定量关系,由不同含水率土壤的堆积结果筛分出4种代表性堆积形态,由于水田壤土堆积体轮廓外形比较独特,因此仅对其左右两侧轮廓采用三次多项式进行局部拟合,计算其休止角。以长江中游地区水田壤土成因和预试验为依据来确定其离散元模型中9个参数的高低水平值,通过Plackett-Burman试验设计进行方差分析,发现壤土剪切模量、壤土间动摩擦因数、壤土与不锈钢间静摩擦因数和JKR表面能对AoR影响明显。然后,采用基于响应面法(RSM)原理的Box-Behnken试验设计(BBD)建立了AoR与4个显著性参数间的二次多项式回归模型。依据二次多项式回归模型对目标响应进行预测,得到最优参数组合。以此为基础对壤土AoR进行离散元仿真,AoR数值计算结果(45.4°)与试验结果(44.6°)相对误差为1.79%。最后,选取含水率分别为44.4%、48.7%的壤土进行堆积角仿真模拟,计算结果与堆积试验相对误差分别为2.8%、7.14%。研究表明:回归模型可以根据壤土含水率或AoR预测长江中游地区水田壤土的相关本征参数和接触参数。
