基于EEPA接触模型的土壤耕作特性模拟及颗粒球型影响分析

万里鹏程 李永磊 苏 辰 赵 虎 董向前 宋建农 王继承

(中国农业大学 工学院，北京 100083)

随着农业现代化的发展，数字技术、仿真技术越来越多地应用于田间土壤环境的模拟中。离散元法(Discrete element method, DEM)是专门用来解决不连续介质问题的数值模拟方法。该方法适用于工作对象可转化为离散颗粒的研究[1-3]，能够模拟土壤多颗粒单元聚合体[4-6]及受力条件下表现出的动力学性质，广泛应用于土壤与机具相互作用的研究领域[7-12]。国内外已有研究对构建土壤离散元模型的颗粒球型与混配方式应用方法差异大，探究离散颗粒球型对土壤离散元模型仿真精度及计算效率的影响很有必要。

土壤耕作特性是土壤在耕作时反应出来的性质，包括耕作难易程度和耕后土壤表现出的状态[13-15]，离散元法模拟土壤耕作特性是目前广泛应用的研究方式。EEPA接触模型兼顾粘性、弹性与塑性，与实际作业区域的土壤加载力再卸载过程展现出宏观土壤力学特性一致，应用于粘性土壤模型研究，刘宏俊等[16]利用EEPA接触模型对稻麦周年地区黏重土壤进行相关参数标定；谢方平等[17]采用单轴密闭压缩试验和无侧限抗压强度试验标定了基于EEPA模型的土壤离散元参数。在模拟计算散体物料力学行为时，颗粒形状是重要的影响因素[18-21]，王宪良等[22]以粒径为10 mm的球形颗粒为基础，仿照土壤颗粒形状填充了核状、块体、条状、片状土壤颗粒单元，进行了0.95～1.05倍粒径随机分布的球形颗粒填充土槽，建立了土壤模型标定方法；……