基于SPH的旋耕刀—土壤耦合模型仿真模拟与分析

来源：中国农机化学报杂志2026年第3期北京时间：

作者：李嘉诚, 夏浙源, 聂吉龙, 邹泽昌, 沈嵘枫, 唐翠勇

单位：1. 福建农林大学机电工程学院，福州市，350100； 2. 福建船政交通职业学院机械与智能制造学院，福州市，350007； 3. 福建农林大学交通与土木工程学院，福州市，350100

摘要：旋耕机在硬质土壤环境下耕作，不仅会造成更大的功耗，还会缩短旋耕刀的使用寿命。而农田耕作条件的复杂性又会给功耗参数的测定带来不利影响。为优化旋耕刀旋转叶片，减小耕作时的功耗，基于SolidWorks对旋耕刀进行结构设计，采用光滑粒子流体动力学（SPH）建立旋耕刀—土壤耦合模型，研究旋耕刀与土壤的运动关系。采用正交试验和响应面试验对其功耗进行优化，以弯折角半径、包角、弯折角为影响因素，以功耗为优化指标。通过对正交试验结果进行极差分析和拟合回归分析，得出旋耕刀的最佳结构参数组合。利用响应面法确定旋耕刀结构参数的最优组合，并进行验证，最佳参数组合为弯折角半径29 mm、包角37°、弯折角124°，预测得出的功耗为0.106 kW。在最优参数下，响应面法预测模型的最优值与实际模拟值的误差为2.830%。通过田间试验得出的功耗与仿真功耗的相对误差为12.844%，验证了仿真模型的准确性。

关键词：旋耕刀,土壤,耦合模型,功耗,光滑粒子流体动力学,响应面法

基金资助：福建省科技厅工业引导性（重点）项目（2023H01090364）；福建省林业科技项目（2023FKJ01）；福建农林大学科技创新专项基金项目（KFB22119XA，KFB23161A）