水田面積占我國耕地面積的26%,復(fù)雜的水田土壤環(huán)境給現(xiàn)有田間作業(yè)機(jī)械的工作帶來極大的挑戰(zhàn)。目前,我國針對(duì)水田土壤承壓特性測(cè)量方法的研究還存在一些不足,現(xiàn)有的土壤承壓特性測(cè)量裝置存在設(shè)計(jì)復(fù)雜、數(shù)據(jù)采集誤差大、適用性較差等一系列問題,在室外水田工況下測(cè)量容易發(fā)生沉陷現(xiàn)象。因此,有必要對(duì)水田土壤承壓特性測(cè)量方法和測(cè)量裝置進(jìn)行深入研究。本文針對(duì)水田土壤承壓特性測(cè)量方法進(jìn)行了水田土壤承壓模型建立、承壓測(cè)板與水田土壤的作用機(jī)理分析、測(cè)量裝置總體設(shè)計(jì)和田間試驗(yàn)研究。主要工作內(nèi)容如下:（1）針對(duì)較少研究的水田土壤工況,建立了基于SPH法承壓測(cè)板-水田土壤數(shù)值模型。選取武漢黃棕壤水田土壤為樣本土壤,并測(cè)量了其力學(xué)特性參數(shù),構(gòu)建分層水田土壤模型并進(jìn)行賦值,參考樣本土壤的泥腳深度對(duì)比分析,仿真計(jì)算得出面積為S=9.95cm²的承壓測(cè)板能夠穩(wěn)定的測(cè)量樣本土壤承壓特性,驗(yàn)證了仿真模型準(zhǔn)確性,為后面的承壓測(cè)板與水田土壤的作用機(jī)理的分析奠定了基礎(chǔ)。（2）根據(jù)承壓測(cè)板-水田土壤數(shù)值仿真模型計(jì)算結(jié)果,分析承壓測(cè)板與水田土壤的作用機(jī)理,在不改變承壓測(cè)板的面積基礎(chǔ)上,修改其形狀參數(shù),建立仿真模型,在相... 

【文章來源】：湖北工業(yè)大學(xué)湖北省

【文章頁數(shù)】：62 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【圖文】：

技術(shù)路線圖

9沒土壤問題的建模，還提出了一種通用的SPH公式，可直接應(yīng)用于干土和飽和土，通過兩種數(shù)值對(duì)比分析得出改進(jìn)SPH方法可作為飽和土SPH進(jìn)一步發(fā)展的基本方法。2016年，胡嫚等46]結(jié)合GIS系統(tǒng)基于SPH方法模擬滑坡失穩(wěn)后巖土材料的特性，并與實(shí)例現(xiàn)場(chǎng)收集數(shù)據(jù)對(duì)比，得出該方法應(yīng)用于滑坡運(yùn)動(dòng)過程分析較為精確。2017年，Niroumand等47]光滑顆粒流體力學(xué)能夠很好模擬巖石和土壤的耦合問題，在研究巖土變形和破壞的問題上，方法相對(duì)簡(jiǎn)單，效果好。2019年，李世杰等48]提出了一種基于SPH原理結(jié)合孔隙水信息的土壤流固耦合數(shù)值計(jì)算建模方法，研究分析水射流沖擊土壤的問題，對(duì)沖擊效果實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模型計(jì)算結(jié)果比較發(fā)現(xiàn)，該數(shù)值模型具有一定的有效性。綜上所述，SPH方法是將連續(xù)介質(zhì)體視為離散的Lagrange粒子，同時(shí)在仿真過程中得每個(gè)參與運(yùn)算的數(shù)值都是由周圍一組粒子累加起來的，通過計(jì)算粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡建立動(dòng)力學(xué)方程。由于水田土壤是一種不連續(xù)和非均質(zhì)的材料，采用傳統(tǒng)的網(wǎng)格劃分土壤方法，承壓測(cè)板貫入過程中會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)格變形或一起運(yùn)動(dòng)等問題，導(dǎo)致網(wǎng)格畸變。而SPH方法是一種無網(wǎng)格建模法，其計(jì)算精度高，用于模擬水田土壤可能具有良好的適用性。2.1.2SPH方法近似函數(shù)SPH法需構(gòu)造一個(gè)表示粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的函數(shù)，通過構(gòu)造適合的核函數(shù)，可近似等效替代狄拉克函數(shù)49]，從而將任意函數(shù)表示為積分形式，該方法為SPH法核近似原理，如圖2-1所示。圖2.1SPH法核近似原理SPH算法中，根據(jù)核近似的理論基礎(chǔ)，設(shè)任意函數(shù)f(x)的積分表達(dá)式由式(2-1)定義：

11搜索時(shí)，在每個(gè)粒子的作用范圍的支持域內(nèi)，支持域由光滑長(zhǎng)度h及光滑因子κ決定，支持域半徑為κh，其中粒子總數(shù)為n個(gè)，每?jī)蓚�(gè)粒子間距離比較需要進(jìn)行n-1次,當(dāng)這一區(qū)域內(nèi)的每個(gè)粒子需要分別進(jìn)行距離比較，總次數(shù)多達(dá)n(n-1)次。因此粒子總數(shù)越多，粒子間的比較次數(shù)增多，計(jì)算所需時(shí)間也加長(zhǎng)，計(jì)算效率大大降低。由于在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)粒子的運(yùn)動(dòng)位置發(fā)生改變，決定計(jì)算時(shí)長(zhǎng)的關(guān)鍵在于找出每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)哪些粒子會(huì)發(fā)生相互作用，即又快又準(zhǔn)確地找到每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)鄰域粒子集合。采用接觸搜索算法中的bucket分類法作為鄰域粒子搜索的方法，如圖2.2所示。該方法先將計(jì)算區(qū)域劃分為一系列子域，然后每個(gè)粒子只需搜索主域及與之相鄰的子域內(nèi)的粒子，這樣降低了尋找次數(shù)，從而減少了鄰域搜索占據(jù)的CPU時(shí)長(zhǎng)，進(jìn)一步縮短仿真時(shí)間耗時(shí)。圖2.2bucket分類和鄰域搜索2.1.4光滑長(zhǎng)度在SPH方法中，光滑長(zhǎng)度h和光滑因子κ是核函數(shù)的重要變量，光滑長(zhǎng)度h的取值會(huì)直接影響到求解數(shù)值模型的計(jì)算效率和精度。若采用固定的光滑長(zhǎng)度h，粒子分布均勻，當(dāng)材料壓縮時(shí)，會(huì)有大量粒子處于直徑為2κh的球形支持域中，

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：3331416