近年来,随着割草机需求使用量的日益增多,经常会发生侧翻事故,给操作者的生命安全带来了极大的安全隐患。割草机失稳后与非饱和土壤接触时,如果土壤的变形越小,那么割草机具有的翻滚能量就会越高,那么连续翻滚的可能性就会越大;反之亦然。因此,开展非饱和土壤的抗冲击特性即变形吸能的研究具有重要意义。本文在分析土壤受冲击过程中变形特性的基础上,基于土壤三种简单的本构模型(弹性模型、塑性模型以及粘性模型),通过合理的组合方式建立了土壤受力-变形关系模型。将非饱和土壤在冲击载荷作用下的工作过程分成四个阶段来进行分析研究,相应建立四个阶段的动力学模型,从而得到各个工作阶段的动力学方程。本文根据土工试验方法标准GB/T50123-1999进行了冲击试验所需的非饱和土壤的取样和制备,采用环刀法、称重法以及筛析法测量了相关物理参数(包括:土壤密度、含水率),并进行了颗粒分析;最终利用相关理论公式推导验证出本试验所采集土样的非饱和度值是否满足实验要求。本文设计并制造了土壤应力应变仪,通过相应的力传感器和倾角传感器实时采集土壤碰撞过程中受力变形曲线,同时,为了研究不同载荷工况下土壤的变形特性,本文通过改变土壤应力应变仪中摆锤的初始角度(30度、40度和50度三种工况下)进行了实验研究,获得了各个工况下土壤受力变形关系曲线,利用该曲线计算出整个过程中土壤变形所吸收的能量,并将各个工况的实验数据与理论模型的结果进行对比分析,以验证理论模型的有效性。利用验证后的理论模型计算在割草机碰撞下的土壤变形所吸收的能量,通过能量守恒公式换算出割草机翻滚过程中的动能值,并且与割草机实际情况下的动能值进行对比,得出了失稳后的割草机存在连续翻滚的趋势。为此,基于安全考虑,本文对割草机翻滚保护装置的高度及割草器宽度进行了改进,并在扬州某高尔夫训练基地进行了翻滚试验,翻滚试验表明改进后的割草机未发生连续翻滚现象,从而进一步验证了理论模型(本构模型)预测的有效性和可行性。