离散元法在土壤动力学方面的研究

　　为本文通讯作者 土壤在切土部件（如推土机铲板、深松铲等）的作用下，将发生破裂和翻转移动等动态行为，这一动态过程的力学机理非常复杂。离散元法（Discrete Element Method，DEM）把介质看作由一系列离散的独立运动单元所组成，单元的尺寸是细观的，其运动受经典运动方程控制，整个介质的变形和演化由各单元的运动和相互位置来描述。作为一种复杂的多相混合体，耕作土壤本身具有离散性质，因此离散元法是分析外力作用下土壤动态行为变化过程的较理想方法。
　　1 离散单元法的国外研究现状
　　1.1离散单元法的论文联盟http://wWw.LWlm.Com国外研究进展
　　近年来，针对土壤的静态、动态行为，国内外许多学者利用离散元法对其进行了深入研究，所涉及的研究包括土工动力学、地面车辆行驶问题、自然力对土体的作用，以及耕作土壤动力学等，并取得了重要的研究成果。
　　散体力学发展的一个重要方面就是对土壤动态行为变化过程的研究，从Cundal和Strack开始，对土壤动态行为变化过程的实验模拟集中应用离散元法进行模拟，以二维圆盘、矩形元和椭圆盘为颗粒模型，研究各种理想的土壤状态对挖掘机斗抓料过程的模拟，显示了离散元的应用潜力。Makanga等为了研究土壤耕作后的颗粒变化状况，采用离散元法仿真分析了在不同宽深比和倾角的深松铲柄作用下，土壤的运动状态，并根据模拟结果给出了相应的数学表达式。Asaf[1]利用离散元PFC2D软件对4种不同的切土刀进行了模拟仿真，仿真结果表明水平作用力趋势基本相同，但垂直作用力差距较大。WWW.ybaSK.comCoetzee等用离散元法和无网格法仿真了开凿机械挖掘土壤的工作过程，结果表明离散元在土力学上的研究还有待进一步研究。
　　1.2 接触模型的研究进展
　　为了使土壤颗粒之间的粘附性更接近于实际土壤，Oida等提出了一个包含粘结力的接触力学模型，颗粒间的运动是通过法向弹簧的作用得到的，当两颗粒间距离很近时产生张力，距离很远时也会产生拉力，但是发生这种相互作用的前提是两颗粒间有接触，他用此模型模拟了车轮在土壤中的运动状态。
　　1.3 颗粒形状模型的研究进展
　　离散元法最开始的研究是将颗粒形状设置为二维

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