基于离散元的秸秆-土壤复合体载荷传递研究

作者：钟晓康; 张祥彩; 耿元乐; 魏忠彩; 程修沛; 王宪良^*

来源：农机化研究, 2023, 45(03): 17-24.

DOI：10.13427/j.cnki.njyi.2023.03.038

• 玉米秸秆
• 离散元
• 土壤模型
• 应力传递

针对目前玉米秸秆-土壤混合介质下土壤应力传递特性不明确的问题，以黄淮海麦玉一年两熟区土壤为研究对象，借助离散元仿真软件EDEM中Hertz-Mindlin with JKR接触模型，建立了0、30%、40%、50%含量的秸秆-土壤混合介质离散元模型。以室内平板载荷试验为基础，对建立的秸秆-土壤混合模型进行离散元模拟仿真，通过控制加载板的施加力大小和作用时间记录不同加载状态下4种秸秆含量土壤颗粒的运动规律；同时，对土壤剖面进行分割，取土壤模型的3个不同深度土层，深度分别为40、90、140mm,进一步从仿真的角度揭示秸秆含量对土壤应力传递的影响。仿真结果表明：在秸秆-土壤混合介质中，秸秆通过减小土壤颗粒间接触面积来减小土壤间摩擦力以及改变土壤颗粒的运动方向等方式对土壤应力的传递起到阻碍作用；秸秆的添加会导致应力垂直传递减少，在40mm处各应力值比无秸秆时分别降低了21.7%、52.9%、67.2%;在同一施加力情况下，土壤应力随着作用时间的增加呈先降低后增加趋势，随秸秆含量的增加呈先增加后降低趋势。综合而言，适量的秸秆含量能够显著改善土壤的力学行为，当秸秆还田比例为10%～30%时土壤应力值最佳。

• 单位
  山东理工大学