粘性土壤破碎機理及分形規(guī)律研究.pdf

1、粘性土壤廣泛分布于我們的長江流域，粘性土壤耕作是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的必要環(huán)節(jié)，也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中能源消耗最大的環(huán)節(jié)。如何降低粘性土壤耕作或土壤加工機械的能源消耗，就成了人們普遍關(guān)注的問題。“耕作能效比”(Tillage efficiency)用于評價生成理想狀態(tài)耕作層所需要的最優(yōu)能量輸入，也可以用于比較不同耕作部件的破碎土壤效率。該指標的一個關(guān)鍵的方面是土壤在機械作用下的破碎行為，然而目前對土壤的破碎機理的認識仍然十分有限。
　　 本文從土壤

2、的沖擊破碎實驗入手，獲取不同試驗條件下標準試驗土樣的破碎表征，從而在一定程度上描述耕作土壤的破碎機理；沖擊破碎試驗采用合理的尺度控制，同時為被試土壤樣品的尺度與篩分尺度控制提供規(guī)范的約定，對沖擊破碎過程中的總能、比能、沖擊行程、落錘質(zhì)量及含水率之間的相互關(guān)系進行研究；并對土壤破碎體分形維數(shù)與含水率、破碎比能、落錘質(zhì)量及沖擊行程之間關(guān)系進行分析，將沖擊力作用下形成的破碎體尺度分布與氣候、植被形成的土壤破碎體分形維數(shù)對比說明。
　　

3、 構(gòu)建室內(nèi)模擬耕作試驗臺，對土壤進行模擬切削試驗，獲得不同狀態(tài)的土壤在微型刀具切削作用下的破碎失效規(guī)律，設(shè)計制作包含了機械結(jié)構(gòu)設(shè)計、液壓系統(tǒng)、電路控制、測控系統(tǒng)、傳感器的數(shù)據(jù)采集的微型切削實驗臺，并通過對土壤基的測試及數(shù)據(jù)的采集，獲得實際切削土壤的力與位移的阻力參數(shù)，驗證了本實驗設(shè)計制作的可行性和工作的可靠性；設(shè)計正交試驗研究切削方式對切削阻力的影響。
　　 采用離散單元法來模擬圓盤或球形顆粒運動及其相互作用，可以彌補實驗研究的

4、不足，對土壤力學行為的研究具有重要的意義。對離散單元法的基本思想以及分析方法進行了介紹，對離散單元發(fā)的接觸分析進行了重點介紹；給出了顆粒流程序模擬基本參數(shù)確定方法和土壤模擬問題的一般步驟；在了解離散單元法相關(guān)理論的基礎(chǔ)上，利用PFC2D建立土壤切削過程的離散元動力學模型，并對土壤切削過程過程進行相關(guān)模擬，通過FISH子程序研究切削過程中土壤裂紋的產(chǎn)生，試圖采用數(shù)值分析方法對土壤破碎規(guī)律進行研究，為進一步研究土壤破碎態(tài)耕作的技術(shù)提供了新的