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黄土高原坡地土壤与旋耕部件互作离散元仿真参数标定

孙景彬  刘琪  杨福增  刘志杰  王峥  
【摘要】:针对黄土高原坡地土壤-旋耕部件互作机理研究以及坡地专用旋耕机具设计缺乏准确可靠离散元仿真参数的问题,以典型坡地粘壤土(含水率13.4%±1%)为研究对象,选取EDEM中Hertz-Mindlin with JKR Cohesion接触模型,对相关仿真参数进行标定。首先,对土壤颗粒间接触参数进行了标定,以土壤颗粒的仿真堆积角为响应值,基于Design-Expert软件中Box-Behnken的方法,确定了土壤堆积角的回归模型;通过模型寻优得到了恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数及表面能参数分别为0.15、0.33、0.05和9.04 J/m~2,此时土壤堆积角仿真值为41.59°,与实测值相对误差为3.8%。其次,对土壤与旋耕刀材料65Mn钢的接触参数进行了标定:通过静摩擦、斜板及碰撞等试验得到了土壤与65Mn钢之间静摩擦因数、滚动摩擦因数和恢复系数的范围,进一步以土壤在65Mn钢板上的静滑动摩擦角为响应值,基于Box-Behnken的方法得到了土壤静滑动摩擦角的回归模型;对该模型寻优得到了土壤颗粒与65Mn钢间的静摩擦因数、滚动摩擦因数及恢复系数分别为0.50、0.06和0.18,此时静滑动摩擦角仿真值为24.0°,与实测值相对误差为1.7%。最后,通过坡地旋耕试验验证模型参数的有效性:土壤颗粒水平、侧向位移实测值和仿真值最大相对误差分别为4.3%和5.1%。结果表明标定的参数准确可靠。

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