Discrete element contact model and parameter calibration for clayey soil particles in the Southwest hill and mountain region

休止角 离散元法 耕作 土壤科学 岩土工程 滚动阻力 决定系数 堆积密度 多孔性 含水量 数学 环境科学 机械 地质学 材料科学 土壤水分 物理 统计 复合材料 生物 生态学
作者
Le Yang,Junwei Li,Qinghui Lai,Liangliang Zhao,Jianjian Li,Ronghao Zeng,Zhihong Zhang
出处
期刊:Journal of Terramechanics [Elsevier]
卷期号:111: 73-87 被引量:34
标识
DOI:10.1016/j.jterra.2023.10.002
摘要

Distinct physical properties of red clay soil in hilly and mountainous regions of southwest China, including high adhesiveness and density, challenge the operation of agricultural machinery. A scarcity of accurate discrete element simulation parameters for this soil type restricts computational modeling. The study was focused on red clay soil with a moisture content of 12.50% ± 1% and a measured repose angle of 35.54°. The soil's inherent physical properties were identified through experimental assessments. Soil contact mechanical parameters were obtained from the GEMM database, and optimal contact parameter ranges were determined using Steepest Ascent Experiments, with the simulated soil particle repose angle serving as the response value. A second-order regression model was developed using a quadratic regression rotation orthogonal combination test. By taking the actual repose angle as the optimization criterion, parameters were optimized. The optimal contact mechanical parameters in EDEM simulations were identified as: JKR surface energy at 8.981 J/m2, recovery coefficient at 0.474, dynamic friction coefficient at 0.196, and static friction coefficient at 0.45. The model yielded a repose angle of 36.21°, closely corresponding with the observed value, with a relative error of 1.80%. The parameters calibrated in this study offer a valuable reference for future soil-tool interaction studies and tillage implement optimization in these regions.
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