《表4 土壤颗粒接触参数标定结果》

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《多年生苜蓿地切根补播机低阻松土铲设计与试验》

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由于长期的机具压实作业，多年生人工苜蓿地的耕作层下存在一层紧实的犁底层，因此需将土槽模型设置为3层，即耕作层、犁底层和心土层。经试验测得耕作层、犁底层和心土层土壤颗粒实际堆积角分别为36.58°、41.13°和35.29°。土壤颗粒间的微观接触参数不易获取，因此为确保数值模拟准确性，以土壤颗粒间静摩擦因数、土壤颗粒间滚动摩擦因数和颗粒间粘聚能量密度为试验因素，以土壤模拟堆积角为试验指标，进行3组三因素四水平正交模拟试验，分别对3层土壤颗粒模型参数进行标定。以耕作层土壤颗粒模型参数标定过程为例，其试验因素水平如表1所示，各因素上下限水平由前期大量单因素试验确定。分别在不同参数组合条件下建立土壤颗粒接触模型，设置时间步长为1×10-5s，在一个圆柱体内生成土壤颗粒，完毕后撤掉圆柱体，让颗粒自然下落堆积形成土堆，如图6所示。为减少人为测量导致的误差，利用Matlab软件对采集到的堆积角图像依次进行去噪处理、灰度处理以及二值化处理，获取土堆边界点，其连线即种堆边界曲线，最后采用最小二乘法对曲线进行拟合，得到一条直线，直线的斜率即土壤颗粒的模拟堆积角，如图7所示，每组试验重复5次取平均值测量并记录堆积角，结果如表2所示，表中A、B、C为因素水平值。对试验结果进行方差分析，如表3所示，可知各试验因素对模拟堆积角均有显著影响。根据表2中的极差分析结果，确定A3B3C4为最优组合，即颗粒间摩擦因数0.35，颗粒间滚动摩擦因数0.18，颗粒间粘聚能量密度6 654 J/cm3，在此条件下模拟堆积角为36.17°，与实际堆积角之间误差为1.12%，满足数值模拟精度要求。犁底层和心土层土壤颗粒模型参数标定方法与耕作层相同，最终标定结果如表4所示。