深松土壤扰动行为的离散元仿真与试验.pdf

２０１６年 ７月 农 业 机 械 学 报 第 ４７卷 第 ７期 ｄｏｉ：１０．６０４１／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００１２９８．２０１６．０７．０１２ 深松土壤扰动行为的离散元仿真与试验 １，２ １ １ １ １，２ 黄玉祥 　杭程光 　苑梦婵 　汪博涛 　朱瑞祥 （１．西北农林科技大学机械与电子工程学院，陕西杨凌 ７１２１００；２．陕西省农业装备工程研究中心，陕西杨凌 ７１２１００） 摘要：分析深松土壤的扰动行为是深入研究深松铲 土壤互作用规律的基础。采用离散元方法建立深松工作模型，结 合高速摄影技术及室内土槽试验，对比分析了不同位置深松土壤的微观运动及宏观扰动行为。结果表明，土壤的扰 动范围随土壤与深松铲之间距离的增大而减小；不同位置土壤的扰动范围由大到小依次为：浅层、中层、深层；在深松 范围内，土壤的运动速度随土壤与深松铲之间距离的增大而逐渐减小，等速度土壤颗粒的分布曲线与深松铲的铲柄 弧线基本吻合；不同深度土层土壤颗粒在不同方向上的平均运动速度为：在ｘ方向上由大到小依次为浅层、中层、深 层，在ｙ方向上由大到小依次为中层、浅层、深层，在ｚ方向上由大到小依次为深层、中层、浅层；离散元仿真能够较准 确模拟深松土壤的扰动行为，仿真与试验获取的土壤扰动截面轮廓形状基本吻合，土壤膨松度、土壤扰动系数的仿真 值与试验值的相对误差分别为 １３２１％、１７３８％；地表土壤纵向堆积角的仿真值与试验值的相对误差为９４２％。 关键词：深松；土壤扰动；离散元；高速摄影；试验 中图分类号：Ｓ２２２１９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００１２９８（２０１６）０７００８００９ ＤｉｓｃｒｅｔｅＥｌｅｍｅｎｔＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｎＤｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ＢｅｈａｖｉｏｒｏｆＳｕｂｓｏｉｌｉｎｇ １，２ １ １ １ １，２ ＨｕａｎｇＹｕｘｉａｎｇ 　ＨａｎｇＣｈｅｎｇｇｕａｎｇ　ＹｕａｎＭｅｎｇｃｈａｎ　ＷａｎｇＢｏｔａｏ　ＺｈｕＲｕｉｘｉａｎｇ （１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮｏｒｔｈｗｅｓｔＡ＆ＦＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙａｎｇｌｉｎｇ，Ｓｈａａｎｘｉ７１２１００，Ｃｈｉｎａ ２．ＳｈａａｎｘｉＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｆｏｒＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，Ｙａｎｇｌｉｎｇ，Ｓｈａａｎｘｉ７１２１００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｓｔｕｄｙｏｎｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｓｕｂｓｏｉｌｉｎｇｉｓｔｈｅｂａｓｉｓｔｏｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｔｈｅｓｕｂｓｏｉｌｅｒ ｓｏｉｌ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｌａｗｄｅｅｐｌｙ．Ａｗｏｒｋｉｎｇｍｏｄｅｌｏｆｓｕｂｓｏｉｌｉｎｇｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂｙｕｓｉｎｇｄｉｓｃｒｅｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ． Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｗｉｔｈｔｈｅａｉｄｏｆｈｉｇｈｓｐｅｅｄｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙｔｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄｔｈｅｉｎｄｏｏｒｓｏｉｌｂｉｎｔｅｓｔ，ｔｈｅｍｉｃｒｏ ｍｏｖｅｍｅｎｔａｎｄｔｈｅｍａｃｒｏｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｔｈｅｓｏｉｌａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｏｓｉｔｉｏｎｓｗｅｒｅｃｏｍｐａｒｅｄａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔ，ｔｈｅｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｒａｎｇｅｏｆｓｏｉｌｗａｓｄｅｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｄｉｓｔａｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｓｏｉｌａｎｄｔｈｅｓｕｂｓｏｉｌｅｒ，ａｎｄａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｏｃａｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｒａｎｇｅｆｒｏｍｌａｒｇｅｔｏ ｓｍａｌｌｗａｓｔｈｅｓｈａｌｌｏｗｌａｙｅｒ