[發明專利]一種獲取耕作層土壤彈性模量的方法

在審

• 申請號: 201710194065.8
• 申請日: 2017-03-28
• 公開（公告）號: CN106950132A
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發明（設計）人: 楊望;黨鑫凱;楊堅;鄭賢
• 申請（專利權）人: 廣西大學
• 主分類號: G01N3/40
• 分類號: G01N3/40;G01N33/24
• 代理公司: 廣西南寧公平知識產權代理有限公司45104
• 代理人: 黃永校

1.一種獲取耕作層土壤彈性模量的方法，其特征在于，包括以下步驟：

第一步，利用TYD-1型土壤硬度計獲得土壤硬度值D，根據該實測值和硬度計壓縮試驗的回歸結果，求出硬度計錐頭插入土壤時的實際貫入深度h和阻力F；

所述硬度計錐頭插入土壤時的實際貫入深度h和阻力F的計算方法為：利用硬度計壓縮試驗的回歸結果得到土壤硬度值D與硬度計錐頭插入土壤時的實際貫入深度h之間的關系；得到實際貫入深度h與硬度計錐頭插入土壤時受到的實際貫入阻力F之間的關系，然后代入實測土壤硬度值D，得出實際貫入深度h和阻力F，

所述土壤硬度值D與硬度計錐頭插入土壤時的實際貫入深度h之間的關系為：

D＝2103.9e-0.14h.........................................(1)

其中D為土壤硬度，單位N·cm^-2；h為貫入深度，單位mm，

所述實際貫入深度h與硬度計錐頭插入土壤時受到的實際貫入阻力F之間的關系為：

F＝-3.21h+162.96.................................................(2)

其中F為貫入阻力，單位N；h為貫入深度，單位mm，

第二步，根據土工試驗規程中的物理試驗方法測取土壤的參數包括密度、含水率、內聚力、內摩擦角，將上述所測取的土壤參數，及根據設定的彈性模量值轉化得到的剪切模量和體積模量作為材料參數，基于多物質ALE流固耦合方法建立錐頭-空氣-土壤系統動力學數值模擬仿真模型進行仿真試驗，通過控制單一變量法不斷調整設定的彈性模量值，當仿真試驗中錐頭的貫入深度和阻力與實際值相接近，誤差在±2％以內時，此時數值模擬模型中設定的彈性模量即為反求的土壤彈性模量值。

2.根據權利要求1所述的獲取耕作層土壤彈性模量的方法，其特征在于，所述硬度計壓縮試驗方法為：利用WDW3100型微機控制電子式萬能機對TYD-1型土壤硬度計進行壓縮試驗，因為試驗機能夠顯示試驗過程中土壤硬度計錐頭的位移和所受到的力的值，即能夠顯示土壤硬度計的貫入深度h和阻力F的值；又因為試驗過程中，土壤硬度計指示表能夠顯示硬度值D；這樣土壤硬度值D、土壤硬度計的貫入深度h和阻力F三者之間就會存在對應關系，為了得到三者之間的關系，連續做20次硬度計壓縮試驗即可將關系式回歸出來。

3.根據權利要求2所述的獲取耕作層土壤彈性模量的方法，其特征在于，所述數值模擬仿真模型，容易發生大變形，所以選擇多物質ALE流固耦合方法來進行土壤彈性模量的反求。

4.根據權利要求2所述的獲取耕作層土壤彈性模量的方法，其特征在于，所述數值模擬仿真模型的建模步驟為：先建立一個長方體模型，模型需要分成兩部分，上部分是空氣，下部分是土壤，再在模型上方建立錐頭模型，構建錐頭-空氣-土壤系統多物質ALE流固耦合仿真模型；由于整個系統仿真模型是對稱模型，為減少計算量，只建立四分之一模型；接著是對已建好的模型進行網格的劃分；在土壤底部和對稱面添加約束；然后在錐頭上施加一個與實際值相同的向下速度，模擬硬度計錐頭插入土壤的過程。