基于应力传递系数的分析模型优化与土壤压实应力预测

针对目前基于有限尺度环刀的土壤应力传递系数（Stress transmission coefficient,STC）取值方法无法满足不同深度土壤条件下集中系数随加载环境变化研究的问题,将土壤剖面分割为有限尺度的土层,基于分析模型推导ΠSTC公式,以多层土壤应力传递系数连乘方式计算田间指定深度土壤应力传递系数。基于传感器技术进行田间原位土壤平板下陷试验,通过控制压板直径和土层厚度实测9种加载状态下土壤的应力传递系数;同时,通过有限尺度（Φ50×50mm环刀）取样于室内,结合土压力传感器进行非扰动土单轴压缩试验,测量各土层（0~50mm、50~100mm、100~150mm、150~200mm）应力传递系数。运用ΠSTC公式计算3种深度（100、150、200mm）土壤的应力传递系数分别为0.30、0.17、0.07,综合实测数据通过双因素方差分析研究应力传递系数随加载环境的变化规律,由此反算不同加载条件的集中系数。结果显示,随着压板尺度的改变,实测与计算所得相同深度土壤的应力传递系数间并无显著差异,表明土壤应力传递系数与压板-土壤接触面当量半径无关,利用ΠSTC公式计算田间土壤应力传递系数方法可行;随土层厚度的增加,应力传递系数显著减小,说明应力传递性能随土层厚度的增加而逐渐减弱;集中系数随压板直径和土层厚度的增加而逐渐减小。利用分析模型较为准确地预测了田间指定加载环境和土壤环境中因连续加载而变化的土壤应力,优化了土壤压实应力传递的研究方法。     

压实对土壤应力分布的影响仿真分析

机械土壤压实是保护性耕作急需解决的难题之一,了解压实土壤内部应力分布是减轻机械土壤压实的关键研究之一.采用离散单元法对车轮土壤压实过程进行了仿真模拟,结果表明:压实后不同耕深的土壤硬度增大,随深度变化明显,且随着土壤压实次数增多,土壤颗粒接触力增大,纵向影响域加深;车轮前3次通过,土壤硬度增加趋势明显,超过3次后土壤硬度虽有增加,但是增加程度不明显,层深为15 cm时,压实3次的土壤硬度相比没压实的增加了155.2％,而压实6次比压实3次仅增加了22.9％.研究成果对田间耕作管理措施的制定以及行走机构的优化设计提供了参考.     

小四轮拖拉机土壤压实的研究

采用小四轮拖拉机在春小麦和冬小麦种床上压地一遍，测量土壤容积密度、透水性、保水性以及热特性等参数，并与未经碾压的带状耕作的土壤诸参数进行对照分析。结果表明：小四轮拖拉机可将耕层内的土壤压实，使土壤的容积密度超过作物的适应范围，其他土壤物理特性也相应产生了变化。尽管耕层内的压实可以通过耕作来消除，但在作物生长期间，尤其是对于旱地，将会形成不利于作物生长发育的土壤环境。     

基于机器学习的土壤机械压实应用研究

农业机械作业造成的土壤压实已成为制约农业可持续发展的重要因素,过度机械压实使土壤理化性质恶化,甚至成为降低作物产量的主要原因。已有的土壤机械压实研究多是基于简单的数学统计分析,且研究重点为试验方案的设计,无法挖掘数据内部关系,也无法进行土壤机械压实程度的预测。近几年,随着机器学习的不断发展,越来越多的学者开始将其引入农业领域及土壤机械压实的研究。为此,分析了机械压实对土壤理化性质及作物生长的影响,总结了土壤机械压实的表征属性和常用机器学习算法及评价标准,并归纳了近几年基于机器学习的土壤压实的研究成果,给出了相关应用研究的建议。     

基于离散元的秸秆-土壤复合体载荷传递研究

针对目前玉米秸秆-土壤混合介质下土壤应力传递特性不明确的问题，以黄淮海麦玉一年两熟区土壤为研究对象，借助离散元仿真软件EDEM中Hertz-Mindlin with JKR接触模型，建立了0、30%、40%、50%含量的秸秆-土壤混合介质离散元模型。以室内平板载荷试验为基础，对建立的秸秆-土壤混合模型进行离散元模拟仿真，通过控制加载板的施加力大小和作用时间记录不同加载状态下4种秸秆含量土壤颗粒的运动规律；同时，对土壤剖面进行分割，取土壤模型的3个不同深度土层，深度分别为40、90、140mm,进一步从仿真的角度揭示秸秆含量对土壤应力传递的影响。仿真结果表明：在秸秆-土壤混合介质中，秸秆通过减小土壤颗粒间接触面积来减小土壤间摩擦力以及改变土壤颗粒的运动方向等方式对土壤应力的传递起到阻碍作用；秸秆的添加会导致应力垂直传递减少，在40mm处各应力值比无秸秆时分别降低了21.7%、52.9%、67.2%;在同一施加力情况下，土壤应力随着作用时间的增加呈先降低后增加趋势，随秸秆含量的增加呈先增加后降低趋势。综合而言，适量的秸秆含量能够显著改善土壤的力学行为，当秸秆还田比例为10%～30%时土壤应...     

山地履带拖拉机坡地等高线作业土壤压实应力研究

山地履带拖拉机（配备姿态调整机构）具有良好的稳定性和越障性能,特别适宜在丘陵山区坡地作业,然而由于坡地角的存在导致拖拉机两侧履带下的应力分布极不均匀,使得拖拉机附着性和通过性均降低。本文针对山地履带拖拉机坡地等高线行驶/作业时,坡地土壤内部应力分布规律不明确以及如何提高应力均匀性缓解土壤压实等问题,在深入分析坡地工况下履带最大接地比压与应力传递基本规律的基础上,采用EDEM-RecurDyn耦合方法进行了仿真试验,并采取土压力盒埋设法分别开展了基于小型坡地土槽的静态试验和坡地试验田的动态试验;其中,静态试验探究了不同深度土壤在含水率、初始紧实度、加载质量及坡地角等影响下的垂直应力分布规律;动态试验探究了山地履带拖拉机坡地等高线行驶/旋耕作业时履带下方土壤应力随作业速度、车身状态（调平/未调平）及牵引负载的变化规律;并分析了履带张紧力对土壤垂直、水平应力分布的影响。试验结果表明：履带下垂直应力在各支重轮的轴线处呈现一个应力峰值;水平应力在各支重轮轴线的前、后方分别出现一个应力峰值;适当增大作业速度,可减小土壤内部垂直和水平应力峰值,拖拉机速度由0.5 km/h增加到1.5 km/h,垂直...     

田间土壤压实研究现状

在综述国内外农机土壤压实研究进展的基础上,结合土壤压实形成过程,从土壤含水量、耕作方式、农业机械3方面,内外因相结合的角度分析了影响田间土壤压实的因素。针对影响因素提出减缓土壤压实的可行性措施,总结了目前土壤压实研究中存在的问题和认识上的不足,并提出可行性建议。为进一步开展农业机械土壤压实方面研究提供参考。     

农业机器引起土壤压实的方差分析

在春小麦种床上，分别由小四轮拖拉机、大型拖拉机和联合收割机3种机具压地一遍，以土壤体积密度作为评价土壤压实的指标，采用方差分析方法比较不同机具引起的土壤压实程度。分析结果有助于进一步了解北方地区几种典型的农业机器进行田间作业时对土壤压实的情况，以便在生产中引起足够的重视。     

土壤压实模型分析

农业机械造成的土壤压实逐渐成为一个世界性问题。运用模型的方法评价土壤压实可以有效揭示土壤压实机理。为此,分析了土壤压实模型的分类、特点和建模所需的因素,重点分析了近似分析模型和有限元模型评价土壤压实的原理和各类模型的特点,从而为有效揭示土壤压实机理提供理论依据。     

不同载荷对土壤压实的试验研究

在沙壤土上对常用的3种载荷进行了压实试验,测出了土壤压实前后的参数.结果表明:在0～100mm土壤深度处,载荷大于3000kg时,使容重增大较剧烈;载荷大于2000kg时,使湿度损失较严重,4400kg时损失了20%,使坚实度的增量增加剧烈,4400kg时增加了59%,而使最大坚实度增加了114%,并且大载荷对深层(大...     

不同农用轮胎对东北黑土区土壤压实的影响

为探究不同农用轮胎对东北黑土区土壤压实的影响,探索减少土壤压实、改善农田生态、保护黑土地的有效路径,本文以东北地区典型黑土耕地为对象,在玉米播种环节开展基于不同农用轮胎的田间作业对比试验。试验设置超低压子午线和普通子午线轮胎2种农用轮胎类型,采用科学取样法统计土壤紧实度、土壤含水率、土壤容重及土壤孔隙度4个关键土壤物性参数。在此基础上,基于CRITIC-熵权法构建土壤压实综合评价模型,并对普通子午线轮胎(CK)、超低压子午线轮胎(VF)在深度5、10、15、20 cm处的土壤压实状况进行统计学评价。试验结果表明,在土壤深度0～20 cm内,相对于普通子午线轮胎,超低压子午线轮胎使土壤紧实度降低11.38%、7.97%、5.36%、4.55%,土壤含水率提高11.06%、10.07%、7.37%、5.95%,土壤容重降低3.71%、3.81%、3.12%、2.73%,土壤孔隙度提高11.13%、12.25%、8.92%、5.86%。不同处理的土壤综合评价得分由大到小排序为VF5、VF10、CK5、VF15、CK10、VF20、CK15、CK20,说明在同等条件下,相对普通子午线轮胎,超低...     

压实对土壤水分影响的试验研究

采用模拟机械压实土壤的方法进行5种载荷的土壤压实试验,测定不同深度处土壤水分的值,并与压前土壤水分进行了对比。结果表明:增大载荷和增加压实次数都会使土壤水分损失,最大可使水分损失23.1%;压实对一定的土壤层(25cm以内)的水分损失影响显著,并且模拟载荷在200kg以内对土壤的水分损失影响比较大。     

基于主成分分析的土壤凋萎系数BP预测模型

基于黄土高原区农田耕作层土壤凋萎含水率的测试资料,建立了主成分分析与BP神经网络相结合土壤凋萎系数预测模型。通过主成分分析法减少了输入层神经元个数,优化了网络结构,提高了工作效率。预测值和实测值的相对误差平均值控制在5%以内,在可接受的范围,表明利用土壤基本理化参数预报农田耕作土壤的凋萎含水率是可行的。研究结果在提高传统神经网络的预测精度和收敛速度的同时,可为黄土高原区耕作农田作物用水管理以及促进土壤生产潜力的发挥提供强有力的理论支撑。     

不透水层上均质土壤中溶质浓度分布的解析解

从溶质扩散方程出发 ,针对不透水层上均质土壤的液体饱和状态 ,在顶层含有大量饱和溶质 (如养分等 )维持着扩散的条件下 ,进行严密的数学推证 ,给出均质土壤中溶质浓度分布的解析解 ,并分析了解的合理性 ,讨论了解的正确性。此解对土壤改良等类似问题具有实际应用价值 ,也具有重要理论意义     

轮式作业机械对农田土壤压实的模拟试验研究

为了简化农田作业机械对土壤压实的试验过程,对轮式作业机械对土壤参数的压实影响总的变化趋势进行分析。用简单的试验装置对轮式作业机械对土壤的压实进行模拟试验,模拟试验测取了不同接地比压,不同通过次数下土壤含水率、容重和坚实度3项指标的变化。试验表明:接地比压和通过次数对当时土壤的含水率的影响不大;接地比压对土壤坚实度和表层土壤容重的影响较大;土壤被压实1次和2次时土壤的坚实度和容重有较大的影响;接地比压和土壤压实次数对深层土壤的容重影响不大。     

轮胎压实对土壤水分入渗性能的影响

固定道保护性耕作可以有效地降低土壤压实程度,改善土壤结构。为此,以大田土壤水分入渗试验为依据,分析一年两熟区固定道保护性耕作系统对土壤水分入渗特性的影响,为其推广应用提供理论参考。试验结果显示:一年两熟区机具随机行走作业在表层土壤造成明显的压实;固定道保护性耕作可以降低0～30cm土层容重,降低0～40cm土层土壤紧实度,改善土壤结构,从而显著提高土壤水分入渗性能;相对于非固定道保护性耕作,固定道保护性耕作土壤水分稳定入渗强度提高111.1%,3h累积入渗量提高92.4%。     

间接测量的神经网络解析模型及灵敏系数的计算

针对无测量模型的间接测量不确定度评定问题,以径向基甬数神经网络模型为基础,提出了建立问接测量解析模型和利用该模型计算灵敏系数的方法,导出了间接测量模型的解析表达式和灵敏系数的计算公式。仿真结果表明：神经网络解析模型的建模方法及灵敏系数的计算方法具有较高的精度,从而保证了间接测量结果的估计精度及测量不确定度的评定精度。