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Determinación de parámetros de interacción semilla-suelo elipsoidal para simulación DEM

Autores: Xu, Tianyue; Fu, Hao; Yu, Jianqun; Li, Chunrong; Wang, Jingli; Zhang, Ruxin

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2024

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Acceso abierto

Artículo científico


Categoría

Ciencias Agrícolas y Biológicas

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 20

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Durante la siembra de precisión, el proceso de contacto entre el suelo y las semillas no puede ser ignorado. La relación constitutiva del suelo es relativamente compleja, con características como alta no linealidad, mientras que el mecanismo de contacto entre el suelo y las semillas es incierto. Para comprender mejor el contacto entre las semillas y el suelo, es necesario establecer un modelo de contacto razonable. Las semillas elipsoidales, como la soja, el frijol rojo y las semillas de frijol, fueron adoptadas como objetos de investigación. En este documento, se utilizó el método de elementos discretos para establecer un modelo de contacto semilla-suelo elipsoidal. Se adoptó el modelo de adhesión JKR + para describir la adhesión entre partículas de suelo, y se utilizó el modelo de restitución nuevo de Hertz-Mindlin (HMNS) para partículas de semillas elipsoidales para eliminar el problema de múltiples puntos de contacto al modelar con el método de llenado de multi-esfera. Además, se realizaron simulaciones y experimentos para calibrar los parámetros de interacción entre el suelo y las semillas. Se utilizaron la prueba de camino de ascenso más empinado y el diseño de BoxBehnken (BBD), así como pruebas de corte directo. Por lo tanto, se obtuvieron ciertos valores de parámetros del suelo, a saber, la energía superficial JKR fue de 4.436 J/m, la rigidez normal por unidad de área fue de 2.86 x 10 N/m, la rigidez al corte por unidad de área fue de 5.54 x 10 N/m, la tensión normal crítica fue de 1833 Pa y la tensión de corte crítica fue de 3332 Pa. Además, los parámetros de simulación para las semillas elipsoidales se obtuvieron de trabajos previos. Además, para obtener parámetros de interacción más precisos entre semillas elipsoidales y suelo, se adoptaron pruebas de colisión, pruebas de fricción estática y pruebas de fricción de rodadura. Se utilizó una prueba de un solo factor para calibrar los parámetros de interacción semilla-suelo elipsoidales. Los resultados de calibración fueron los siguientes: los coeficientes de restitución de colisión de semillas elipsoidales con suelo fueron todos 0.25. El coeficiente de fricción estática de la soja con el suelo fue de 0.6, el del frijol rojo con el suelo fue de 0.65 y el del frijol kidney con el suelo fue de 0.5. El coeficiente de fricción de rodadura de la soja con el suelo fue de 0.1, el del frijol rojo con el suelo fue de 0.14 y el del frijol kidney con el suelo fue de 0.14. Finalmente, la racionalidad de la selección de parámetros se verificó a través de pruebas de apilamiento entre semillas elipsoidales y suelo. El error relativo del ángulo de reposo de soja/suelo fue del 2.99%, el del frijol rojo/suelo fue del 0.60% y el del frijol kidney/suelo fue del 0.55%. Por lo tanto, se verificó la viabilidad y racionalidad de los modelos de contacto entre las semillas elipsoidales y el suelo establecidos en este documento, así como la selección de parámetros.

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