《水稻土的機械承載力和機械失效力學模型及其套用》是丁啟朔為項目負責人，南京農業大學為依託單位的面上項目。
基本介紹
- 中文名：水稻土的機械承載力和機械失效力學模型及其套用
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：丁啟朔
- 依託單位：南京農業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
不良的耕層構造嚴重影響稻麥系統的糧食產出，水稻土應在稻麥換季環節實現由緊實粘閉到松碎透氣狀態的轉變以協調稻麥2種作物完全不同的土壤物理要求，該轉變的實質是耕層構造在外加機械應力作用下的結構變化行為。項目圍繞水稻土的機械承載力和機械失效2個力學模型，進行稻茬田的耕作實驗，分別進行平板下陷和圓錐貫入測試，獲取水稻土的機械承載力特徵並建立機械承載力模型；以機械耕作為主，輔以破碎和切削機理實驗，獲得水稻土的機械失效力學模型。使用力感測器測試水稻土在外加機械力過程的土體內應力動態及耕層構造的物理變化，建立影響水稻土的力穩性和耕性的各因子之間的定量關係。進行小麥種植試驗並用小麥的生長回響評價耕層構造及不同機械力學過程的影響，從而實現水稻土的機械力學模型、力學模型對耕層構造的影響、以及耕層構造對稻茬麥生長的影響3個層次研究內容的統一，描述水旱轉換環節的土壤-機器-作物系統內部確定性的力學聯繫。
結題摘要
針對水稻土的2個力學模型：機械承載力模型和機械失效模型，項目在1年期內分別進行多種土壤力學實驗研究，包括原位平板下陷、圓錐貫入、原位犁耕、原位旋耕等多項測試，對所得數據分析後表明水稻土機械失效模型具有特殊性。研究發現水稻土的應力傳遞過程表現為階梯型變化特徵，土壤應力過程的同步分析進一步表明水稻土具有應力禁止的能力，且水稻土的機械承載力模型表現為一個分段函式。原位犁耕測試進一步表明土壤結構受尺度控制的影響規律，水稻土不僅在深度方向的結構性及可耕性發生顯著的分層，而且切土尺度同樣影響著土壤結構的尺度分布特徵，除此之外，模型切削及FEM仿真的結果也進一步表明土壤水稻土的機械失效力學模型受多重因子的影響，包括結持度、尺度與邊界條件、切土楔角等，因此不再是一個可有簡單自變數構成的單一函式。項目初步探討了雙層深旋耕對土壤物理的正面效應以及正旋與反旋耕的埋草性能對比，同時系統探討了小麥根構型測試與構型分析方法。 項目在水稻土機械承載力方面的研究成果其意義在於論證了原位非擾動土壤狀態在禁止應力傳遞方面的能力，以及土壤失效的階梯型特徵，這一發現為進一步系統探究非擾動水稻土不同於均質材質的力學機制奠定了基礎。在水稻土的機械失效模型方面的成果表明同時存在多重最佳化策略實現土壤結構的最佳化，為今後進一步探討強化土壤結構的機制和技術策略奠定了基礎。項目在稻茬麥根構型測試與分析方法的成果不僅在3D空間拓撲的角度表達了水稻土不良物理狀態對根構型的影響，而且該方法也為今後系統研究土壤結構與根構型的關係提供了條件。
