为获得准确的新疆地区红花田土壤离散元仿真参数,构建适用于不同含水率红花田土壤的仿真模型,采用物理试验与仿真试验相结合的方法,分别配置含水率为10%、15%、20%、25%、30%的土壤样本,以堆积角为响应值,对土壤参数进行标定研究。首先,利用漏斗法建立含水率-堆积角模型,获取堆积角与含水率的数学关系。然后,基于Hertz-Mindlin with JKR离散元接触模型,设计Plackett-Burman试验,对9个初始参数进行筛选,发现土壤剪切模量、土壤-土壤静摩擦系数、土壤-土壤滚动摩擦系数和JKR表面能对堆积角影响显著(p<0.05)。接着,利用最陡爬坡试验缩小关键参数的取值范围,基于Box-Behnken试验建立堆积角-离散元参数回归模型,并对回归模型进行参数寻优。选取7种不同含水率的土壤进行参数寻优,然后对比仿真模型与物理试验的结果,发现其相对误差小于5%,可用于后续试验。对比承压物理试验与离散元仿真的入土阻力数据,结果显示,二者变化规律一致:在0~50 mm深度范围内,相对误差低于10%;当深度超过50 mm时,误差增大。上述结果表明,本研究构建的模型在浅层土壤力学行为模拟中具备有效替代真实土壤的可行性。研究结果可为后续农业装备优化触土部件、提升田间通过性提供数据基础和技术支持。
