Calibración de parámetros y estudio experimental de un modelo de simulación de elementos discretos para suelo de canela amarilla en Henan, China
Autores: Ding, Huiling; Wang, Mengyang; Wang, Qiaofeng; Lin, Han; Zhang, Chao; Jin, Xin
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Calibración de parámetros y estudio experimental de un modelo de simulación de elementos discretos para suelo de canela amarilla en Henan, China
Categoría
Ciencias Agrícolas y Biológicas
Subcategoría
Ciencias Agrícolas y Biológicas Generales
Palabras clave
Investigar
Suelo
Fricción
Contenido de humedad
Parámetros
Modelo de simulación
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 31
Citaciones: Sin citaciones
Para investigar el mecanismo de interacción entre maquinaria agrícola de labranza y suelo, este estudio estableció un modelo de simulación preciso mediante la integración de experimentos físicos y numéricos utilizando suelo típico de canela amarilla recolectado en la provincia occidental de Henan, China. Los parámetros del elemento discreto para suelos con diferentes contenidos de humedad se calibraron en base al modelo de contacto Hertz-Mindlin (sin deslizamiento). A través de la pantalla de Plackett-Burman, la optimización de la ascensión más pronunciada y la metodología de superficie de respuesta de Box-Behnken, se desarrolló un modelo predictivo que correlaciona el contenido de humedad, los parámetros y el ángulo de reposo, lo que resultó en la combinación óptima de parámetros de contacto: coeficiente de fricción estática entre partículas (0,6), coeficiente de fricción estática suelo-65Mn (0,69) y coeficiente de fricción de rodadura entre partículas (0,358). Para el modelo de unión, experimentos ortogonales acoplados con la optimización multiobjetivo NSGA-II determinaron los parámetros cohesivos óptimos dirigidos a la carga máxima (673,845 N) y al desplazamiento (9,765 mm): rigidez normal por unidad de área (8,8 x 10 N/m), rigidez tangencial por unidad de área (6,85 x 10 N/m), esfuerzo normal crítico (6 x 10 Pa), esfuerzo tangencial crítico (3,15 x 10 Pa) y radio de unión (5,2 mm). La validación en campo utilizando arados rotativos y gradas demostró una desviación de menos del 6% en las tasas de fragmentación del suelo entre las simulaciones y las operaciones reales, confirmando la fiabilidad de los parámetros y proporcionando bases teóricas para la construcción de modelos de interacción entre maquinaria de labranza y suelo.
Descripción
Para investigar el mecanismo de interacción entre maquinaria agrícola de labranza y suelo, este estudio estableció un modelo de simulación preciso mediante la integración de experimentos físicos y numéricos utilizando suelo típico de canela amarilla recolectado en la provincia occidental de Henan, China. Los parámetros del elemento discreto para suelos con diferentes contenidos de humedad se calibraron en base al modelo de contacto Hertz-Mindlin (sin deslizamiento). A través de la pantalla de Plackett-Burman, la optimización de la ascensión más pronunciada y la metodología de superficie de respuesta de Box-Behnken, se desarrolló un modelo predictivo que correlaciona el contenido de humedad, los parámetros y el ángulo de reposo, lo que resultó en la combinación óptima de parámetros de contacto: coeficiente de fricción estática entre partículas (0,6), coeficiente de fricción estática suelo-65Mn (0,69) y coeficiente de fricción de rodadura entre partículas (0,358). Para el modelo de unión, experimentos ortogonales acoplados con la optimización multiobjetivo NSGA-II determinaron los parámetros cohesivos óptimos dirigidos a la carga máxima (673,845 N) y al desplazamiento (9,765 mm): rigidez normal por unidad de área (8,8 x 10 N/m), rigidez tangencial por unidad de área (6,85 x 10 N/m), esfuerzo normal crítico (6 x 10 Pa), esfuerzo tangencial crítico (3,15 x 10 Pa) y radio de unión (5,2 mm). La validación en campo utilizando arados rotativos y gradas demostró una desviación de menos del 6% en las tasas de fragmentación del suelo entre las simulaciones y las operaciones reales, confirmando la fiabilidad de los parámetros y proporcionando bases teóricas para la construcción de modelos de interacción entre maquinaria de labranza y suelo.