菠菜主根离散元建模方法与试验验证

研究根土复合体铲切过程可以获得铲切力并优化铲切结构等参数。为准确仿真根系的切割过程,利用离散元法建立了颗粒粘结的蔬菜根简化模型。以成熟期的菠菜主根为试验材料,利用WDW-5E型微机控制电子式万能试验机进行菠菜主根的物理特性试验,得到菠菜主根的力学性能参数,即峰值剪切力为31.2N、轴向峰值压缩力为113.8N。结合离散元颗粒接触模型本构方程,得出相关粘结参数值,即法向刚度系数为5.7×10^(6)N/m、切向刚度系数为3.6×10^(6)N/m,临界法向应力为1.95 MPa,临界切向应力为4.2MPa,粘结半径为0.8mm。利用上述参数建立了根系离散元粘结模型,进行虚拟试验与实际物理试验对比分析,结果表明:两者在根系剪切力的变化趋势和压缩表观特征参数上具有一致性。因此,证明本文方法可以应用于菠菜根模型建立,对根土复合模型的建立及铲刀的优化设计等具有一定的参考意义。