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摘要
针对黄连（Coptis chinensis）收获过程机械化程度低，根土复合体力学特性研究缺乏的问题，该研究以收获期黄连为研究对象，运用增量式运动恢复结构（incremental structure from motion,ISFM）和多视图立体（multi-view stereo,MVS）算法，通过多视角图像三维重构，将建立的高保真根系形态模型应用于不同条件下的根系-土壤复合体力学特性研究中。首先，通过田间采样和室内力学特性试验，得到根茎的平均剪切模量和泊松比，并测得不同深度的土壤和根土复合体的平均抗剪强度等物理力学参数。再以试验获得的入土深度为0～30 mm的土壤和根土复合体的平均抗剪强度作为响应值，采用Plackett-Burman试验和Central Composite试验等进行离散元仿真参数标定，并在EDEM软件中进行不同深度的土壤和根土复合体直剪试验数值模拟。结果表明：当土壤含水率在49.58%～62.96%、根系含水率在80%～230%的范围内时，在不同入土深度下，收获期黄连根土复合体离散元模型的内聚力和内摩擦角与试验结果的平均误差分别为3.48%和5.21%，标准差分别为3.44%和1.63%，验证表明通过图像重建根系模型可靠，并可用于模拟根土复合体力学行为。模拟方法可为黄连机械化收获关键工作部件设计和工作参数优化等提供理论依据。
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