耕作过程中,牵引力、变形力和土壤应力等多种力相互作用。详细研究不同环境下力的相互作用机理有助于更好地理解耕作过程。影响上述力的因素有很多,包括土壤类型、土壤物理性质、流变性质以及湿度、速度和耕作工具形状等。本研究分析了作用在犁体表面的土壤应力和土壤变形力的空间分布。不同耕速(1,1.5和2m.s-1)耕深(5,10和15cm)和含水率(27,30和33%)条件下铧犁在水田土中作用时所受三维力,并与仿真中的力进行对比。结果归纳如下：1.在室内土槽实验中,运用两种形状的工具-圆形(横截面积12.56 cm2)和长方形(横截面积12.56 cm2)测量水田土壤在不同含水率(27,30和33%)和不同载荷(7.65,10.20和12.75 kg)下的流变参数。整个实验结果显示：土壤含水率对土壤在不同加载速率下的变形影响很大,同时合适的工具形状能控制不同载荷下的土壤变形。对于流变参数(E1, E2, λ1 and λ2),土壤含水率对其影响很显著,而加载速率不显著。不同含水率、载荷和工具形状下,流变参数的均值差异显著。2.在传感器和虚拟仪器的协同作用下,测量了作用于铧式犁表面的11个不同点处的土壤应力。实验结果显示：随着含水率增加,最大应力点从中间部位向犁体后部转移,同时增加从犁体下部向上部转移的力。3.随着耕作速度和耕深的增加,牵引力、垂直力与侧向力有增加的趋势,但与含水率的影响相反.4.累积的土壤应力比传感器测得的牵引力小的多,因为传感器测的力代表了力在特定点的空间分布而不是整个犁体的受力。通过用轻质材料替代犁体上下部分,可以减少犁体重量,最终在耕作时减少能耗。5.整体结果显示,在含水率为27%、耕速2m/s和耕深15cm时,水平变形力最大为95.25N,而同等工作条件下当含水率为33%时的力仅为35.33N,即含水率对力具有反向影响。含水率的最小影响状况是从30%增加到33%,耕深5cm和耕速1 m/s时降低了27.32%至12.02N。耕速的最小影响状况是27%含水率和15cm耕深时,力增加了15%。另一方面,耕速的最大影响状况是耕2 m/s和耕深15cm,力增加了103.68%。6.基于EDEM模型,模拟了犁体和土槽土壤。测量所得的牵引力用来标定最敏感的模型参数,颗粒刚度1×108N/m。研究发现：EDEM模型能较好地研究土壤-工具相互作用。实验结果的水平牵引力变化趋势与仿真结果一致。同时垂直力也有相同的变化趋势,侧向力有些许的变化。实验和仿真结果的趋势显示三维力的变化是类似的。7.可以得出传感器技术和数值仿真相比较传统的数学模型,能够很好地提供实时的结果。