近日，我校工学院水稻与水生蔬菜机械化生产技术与装备团队张国忠教授课题组研究成果以“Microscopic Deformation and Fragmentation Energy Consumption Characteristics of Soils with Various Moisture Contents Using Discrete Element Method”为题在土壤科学和耕作研究领域期刊Soil & Tillage Research发表。
该研究建立了5种不同含水率土壤的离散元模型，分析获取了土壤在轴向载荷作用下的应力应变特征与能量耗散规律，阐明了土壤微观形变与破碎能耗之间的影响机理。该成果可为地面机器系统研究领域中黏塑性土壤条件下耕播管收等装备的行走、开沟、碎土等各类触土工作部件的节能降耗设计提供重要理论指导。
节能降耗是地面机器系统领域研究的重要课题，尤其在南方黏重土壤条件下，土壤湿粘会使耕整和收获部件阻力增加30%以上，能耗增加30～50%，土壤变形破碎是内部能量演化并与外界进行能量传递的过程，应力应变规律和能量耗散机制是研究土壤破碎的核心内容，但目前湿粘土壤的微观形变以及其与破碎能耗间的关联影响机制不明确。为此，针对这一重要共性基础问题，张国忠教授团队建立并标定了5种不同含水率土壤的离散元模型，通过引入裂隙率和裂隙传递系数，从微观层面定量阐述了土壤失稳破碎的根本原因，明晰了不同含水率土壤在轴向载荷下的微观形变与破碎特征，从而为地面机器系统节能降耗研究提供了新思路和新方法。
基于Bonding和JKR耦合接触构建的土壤离散元模型
实际与仿真土壤试样微观形变与破碎特征
华中农业大学工学院在读博士研究生刘婉茹为论文第一作者，张国忠教授为通讯作者。本研究得到国家自然科学基金、国家特色蔬菜产业技术体系、湖北省优秀中青年创新团队等项目资助。
