基于离散元法的稻麦周年地区土壤仿真物理参数标定

发布时间：2021-10-16 01:43

　　为获得可用于稻麦周年地区土壤流动的离散元仿真模拟参数,该研究利用EDEM中Hertz-Mindlin with EEPA接触模型对稻麦周年地区黏重土壤进行相关参数标定,以土壤材料参数（土壤颗粒间静摩擦系数、恢复系数、动摩擦系数、土壤剪切模量及土壤泊松比）和接触模型参数（黏附力强度、接触黏附能和接触塑性比）为标定对象,以室内试验及不同参数组合下仿真得到的土壤休止角为响应值,基于响应面优化标定土壤离散元仿真参数。研究应用Plackett-Burman试验对8个初始参数进行筛选,发现土壤—土壤静摩擦系数、动摩擦系数以及接触黏附能对颗粒堆休止角影响显著。在通过最陡爬坡试验确定显著性参数最优值区间的基础上,根据Box-Behnken试验结果建立休止角与显著性参数的二阶回归模型并对其进行优化,得到显著性参数的最佳组合为:土壤颗粒间静摩擦系数0.35、动摩擦系数0.23及接触黏附能3.78 J/m²、土壤剪切模量10 MPa、土壤颗粒间恢复系数0.2、土壤泊松比0.2;黏附力强度-0.001 N、接触塑性比0.5。以最优水平组合进行仿真验证试验,验证结果与室内测试结果进行对比验... 

【文章来源】：中国农机化学报. 2020,41(12)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

EEPA接触模型的颗粒法相接触力示意图

半径Ri颗粒i与半径Rj颗粒j之间的重叠量之间的关系,如图2所示,d为有重叠情况下两个颗粒之间中心距,a为颗粒重叠焦点到中心距连线之间最短距离。由图2可得到参数之间的关系式

颗粒形状是影响离散元模型对真实状态预测的最关键参数[20-22]。而在研究土壤与触土部件动态作用过程时,研究者多按照真实状态下土壤颗粒的形状及形状分布创建复杂的离散元土壤颗粒模型。现有关于土壤参数标定的文献中,多将土壤颗粒简化成圆球形土壤颗粒。为了协调仿真精度和仿真时间,国内外研究一般多采用圆球形颗粒。故也将探索圆球形土壤颗粒。仿真效果和仿真时间与土壤颗粒尺寸有关,故应控制土壤颗粒的尺寸在合理范围之内。图3为填实1 000 mm3 立方体,对应的颗粒半径与颗粒数量。由图3可知,土壤粒径与土壤半径呈指数关系,当颗粒半径大于3 mm以后,颗粒数量相对稳定。结合试验结果和相关文献,选择土壤颗粒半径为5 mm。


本文编号：3438908