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针对耕作机具在黏土 - 湿土中作业时因土壤特性差异导致数值模拟精度受影响的问题，研究人员基于爱丁堡弹塑性黏着（EEPA）接触模型建立黏土 - 湿土离散元模型，通过试验标定参数。结果显示参数组合有效，为 DEM 模拟土 - 机具相互作用提供科学方法。
在农业生产的土壤耕作领域，土壤与机具相互作用的精准模拟一直是备受关注的难题。尤其是在长江流域等黏土和壤土为主的地区，雨季高土壤含水率、强黏性等特性，使得机具与土壤间黏结力大，耕作操作复杂。传统的模拟方法难以准确刻画黏土颗粒间复杂的黏弹性和塑性行为，不同接触模型在参数选取上的差异也导致模拟结果参差不齐。例如，现有的 Hertz-Mindlin 等模型在处理高含水率黏土时，难以同时兼顾黏性、弹性和塑性特性，而黏土特有的团聚体结构和高附着力，也让传统的标定方法如自然坡角试验不再适用。因此，如何选择合适的接触模型并精准标定参数，成为提升黏土 - 湿土与机具相互作用模拟精度的关键。
为解决这一问题，国内研究人员开展了相关研究。研究以高含水率黏土 - 湿土为对象，基于爱丁堡弹塑性黏着（Edinburgh Elasto-Plastic Adhesion，EEPA）接触模型，构建适用于该类土壤的离散元模型（Discrete Element Method，DEM），并通过试验对模型参数进行系统标定与验证，研究成果发表在《Computers and Electronics in Agriculture》。
研究主要采用了直接剪切试验、圆锥贯入试验和土壤箱试验等关键技术方法。通过直接剪切试验和圆锥贯入试验，识别模型中需标定的敏感参数并分析各参数影响；利用扫描技术获取犁沟形状数据，开展土壤箱试验验证标定参数的可靠性。
Edinburgh 弹塑性黏着接触理论
EEPA 接触模型嵌入于 EDEM 软件的默认接触模型套件中，该模型考虑了颗粒受压时的非线性弹性和塑性变形，在未固结状态下保持颗粒的离散特性，同时考虑接触面积的弹塑性接触变形和黏着作用。
不同土壤的力学性质
研究对不同含水率黏土 - 湿土的抗剪强度和贯入力进行分析，发现随着土壤含水率增加，剪应力（τ）、黏聚力（c）、内摩擦角（φ）和贯入力（F）均呈下降趋势，这些平均值作为与模拟数据比较的基准，对完成标定实验至关重要。
结论
本研究成功建立了基于 EEPA 接触模型的黏土 - 湿土离散元模型，通过直接剪切和圆锥贯入试验完成 DEM 参数标定，经敏感性分析明确了影响剪应力和贯入力的因素，并通过土壤箱试验验证参数可靠性。结果表明，接触塑性比和表面能对表征黏土 - 湿土力学性质影响显著，获得了含水率 33% 黏土 - 湿土的最优参数组合：静摩擦系数 0.45、滚动摩擦系数 0.18、表面能 27.95 J?m-2、接触塑性比 0.59，模拟牵引力值与实际测量值相对误差为 7.98%，犁沟类型参数相对误差不超过 5%。
该研究为 DEM 在黏土 - 湿土与机具相互作用建模中的应用提供了科学方法，有效提升了高含水率黏土耕作模拟的精度，为农业机具设计优化和耕作工艺改进提供了重要的理论支撑和技术参考，有助于减少机具开发过程中的试验成本和时间，推动精准农业和智能农机的发展。
