粘性土壤破碎機(jī)理及分形規(guī)律研究.pdf

1、粘性土壤廣泛分布于我們的長(zhǎng)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(jī)械的能源消耗，就成了人們普遍關(guān)注的問(wèn)題?！案髂苄П取?Tillage efficiency)用于評(píng)價(jià)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(biāo)的一個(gè)關(guān)鍵的方面是土壤在機(jī)械作用下的破碎行為，然而目前對(duì)土壤的破碎機(jī)理的認(rèn)識(shí)仍然十分有限。
　　 本文從土壤

2、的沖擊破碎實(shí)驗(yàn)入手，獲取不同試驗(yàn)條件下標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)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(jī)理；沖擊破碎試驗(yàn)采用合理的尺度控制，同時(shí)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(duì)沖擊破碎過(guò)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(jìn)行研究；并對(duì)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(jìn)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(duì)比說(shuō)明。
　　

3、 構(gòu)建室內(nèi)模擬耕作試驗(yàn)臺(tái)，對(duì)土壤進(jìn)行模擬切削試驗(yàn)，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(jì)制作包含了機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、液壓系統(tǒng)、電路控制、測(cè)控系統(tǒng)、傳感器的數(shù)據(jù)采集的微型切削實(shí)驗(yàn)臺(tái)，并通過(guò)對(duì)土壤基的測(cè)試及數(shù)據(jù)的采集，獲得實(shí)際切削土壤的力與位移的阻力參數(shù)，驗(yàn)證了本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)制作的可行性和工作的可靠性；設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)研究切削方式對(duì)切削阻力的影響。
　　 采用離散單元法來(lái)模擬圓盤或球形顆粒運(yùn)動(dòng)及其相互作用，可以彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)研究的

4、不足，對(duì)土壤力學(xué)行為的研究具有重要的意義。對(duì)離散單元法的基本思想以及分析方法進(jìn)行了介紹，對(duì)離散單元發(fā)的接觸分析進(jìn)行了重點(diǎn)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(wèn)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(guò)程的離散元?jiǎng)恿W(xué)模型，并對(duì)土壤切削過(guò)程過(guò)程進(jìn)行相關(guān)模擬，通過(guò)FISH子程序研究切削過(guò)程中土壤裂紋的產(chǎn)生，試圖采用數(shù)值分析方法對(duì)土壤破碎規(guī)律進(jìn)行研究，為進(jìn)一步研究土壤破碎態(tài)耕作的技術(shù)提供了新的