Экспериментальная калибровка параметров контактной модели цифрового двойника почвенной среды методом дискретных элементов

В настоящее время метод дискретных элементов (МДЭ) считается одним из перспективных способов при моделировании процессов обработки почвы и посева рабочими органами сельскохозяйственных орудий. Важным этапом моделирования методом дискретных элементов для получения адекватных результатов является калибровка параметров используемой модели контакта. Для калибровки параметров используемой модели контакта Герца-Миндлина JKR, в которой для описания нормальных сил применяется модель контакта Герца, для тангенциальных сил - модель Миндлина-Дересевича, а для сил учета сцепления почвенных частиц - модель Johnson-Kendall-Roberts (JKR), использована калибровка путем сопоставления результатов физических тестов по определению усилий пенетрации пенетрометра статического действия ПСГ-МГ4 и аналогичных модельных тестов, реализованных идентичным прибором в программном комплексе Rocky DEM. Результаты калибровки параметров контактной МДЭ-модели почвенной среды показали, что из выбранных параметров (коэффициент Пуассона 0,3, коэффициент статического трения 0,9, коэффициент динамического трения 0,7, диаметр частиц 5 мм, модуль Юнга 100 МПа) на характер изменения усилия пенетрации моделируемой почвенной среды значительно влияет поверхностная энергия. На основе сопоставления результатов натурных и модельных экспериментов разработана номограмма для выбора значения поверхностной энергии моделируемой почвенной среды в зависимости от влажности реальной почвы для контактной модели Герца-Миндлина JKR для чернозема легкосуглинистого механического состава. Полученные результаты калибровки по поверхностной энергии от 120 до 160 Дж/м2 соответствуют оптимальной влажности почвы в диапазоне от 14% до 25%. Полученные результаты необходимо применять при моделировании технологического процесса обработки почвы и разработки на их основе цифровых двойников почвообрабатывающих и посевных машин для прогнозирования энергетических и агротехнических показателей. По результатам проведенных исследований в перспективе планируется создание цифрового двойника почвенного канала с калибровкой физико-механических свойств различных типов почвы.