大豆播种单体在工作时,始终存在着机械部件（开沟器、排种器、覆土器和镇压器）与颗粒（土壤颗粒和大豆种子颗粒）之间、颗粒与颗粒之间的接触作用,同时还涉及到机械部件和颗粒材料的运动过程,大豆种子颗粒最终的空间位置是机械部件和颗粒材料共同作用的结果。目前,对于播种单体的设计、优化、性能以及工作过程的分析,国内外多采用试验或者传统连续介质力学的方法,但是试验法普遍存在试验量大、周期长的缺点;连续介质的分析方法,只能把颗粒群体作为整体考虑,无法分析单个种子颗粒的运动及其与机械部件、土壤颗粒的接触作用。采用离散元法不仅能解决上述问题,同时还能对播种单体的运动、机械部件与颗粒间相互作用以及颗粒的运动、颗粒间的相互作用情况进行分析。当采用离散元法分析播种单体工作过程时,首先要建立机械部件和颗粒的离散元模型。本文以颗粒的离散元建模为着手点,首先,对于大豆种子颗粒,在详细分析其形状特性后,提出并建立了一种通用的大豆种子颗粒的几何建模方法,通过仿真与试验的对比,对本文建立颗粒模型的适用性进行了验证。然后,对于土壤颗粒,同样在分析其几何形状特性后,建立了其几何模型,根据其质地分类,选择了合适的颗粒间的接触力学模型,同时对相关的参数进行标定。接下来,通过投种试验和仿真对两者之间的相互作用情况进行了详细的分析。最后,采用离散元法与多刚体动力学耦合的方法,对大豆播种单体工作过程进行了仿真分析。本文的主要工作及结论如下。（1）全国范围内进行大豆品种的选择,对大豆种子颗粒形状、尺寸进行了系统的分析,提出了组合球建模方案和椭球建模方案,主要内容和结论如下。（1）在全国大豆主栽区的四个科研院所各申请到了3个该地区近年来主栽的大豆品种试验材料。每个品种选择外观完好种子颗粒3粒,测量大豆种子颗粒的长度、宽度和厚度,生成对应的椭球,同时使用三维扫描仪对其进行扫描,得到了大豆种子颗粒空间点云数据,将点云数据与对应尺寸的椭球进行比较分析,证明了全部品种的大豆种子颗粒都可以近似成椭球形。（2）对12个品种的尺寸分布规律及三轴尺寸关系进行了系统的分析,三轴尺寸均符合正态分布规律。定义宽度为主尺寸,根据主次尺寸之间的关系,建立了颗粒群体模型。（3）计算得到所有品种的球形率变化范围为（80.6%-95.42%）,本文选择了球形率高中低的三个品种（绥农42,球形率94.78%）、（冀豆17,球形率86.86%）、（中豆39,球形率80.6%）作为研究对象,建立了可以适用于不同球形率的5球、9球和13球组合球模型,并对填充精度进行了分析。（2）测量了三个品种大豆种子颗粒的物理力学性质参数,主要涉及到含水率、颗粒密度、刚度系数、弹性模量、摩擦系数以及碰撞恢复系数。（3）采用自流筛分试验和堆积角试验对本文提出的组合球模型、椭球模型以及不同学者提出的组合球模型进行了验证。分析了多接触点问题对颗粒群体仿真结果的影响,主要内容和结论如下。（1）通过仿真的方式对自流筛分装置的孔径和倾角进行了确定。对堆积角装置的长度、宽度以及仿真的颗粒数目进行了确定。（2）采用本文建立的大豆种子颗粒模型、不同学者建立的组合球颗粒模型和椭球方程方法建立的大豆种子颗粒模型,进行自流筛分和堆积角的仿真,对比分析仿真与试验结果,结果表明本文提出的组合球颗粒模型的适用性更强。（3）采用调整碰撞恢复系数和对比不同力学模型两种方法,通过自流筛分和堆积角试验和仿真,对组合球颗粒模型仿真时的多接触点问题进行了分析与探索。结果都表明多接触点问题对组合球颗粒模型群体的仿真结果影响较小。并进一步分析了多接触点对颗粒群体仿真影响较小的原因。（4）对本文试验使用的土壤进行了系统的分析,建立了土壤的几何模型。同时选择了爱丁堡模型进行了土壤颗粒的仿真分析,通过直剪试验和仿真,对土壤颗粒的仿真参数进行了标定。主要内容和结论如下。（1）采用筛分筛,对粒径3mm以下的土壤颗粒进行筛分,统计其粒径分布情况,确定试验选用土壤为壤土。采用图像颗粒分析仪观察不同粒径范围的土壤颗粒几何形状,对形状进行分类统计后,将土壤颗粒分为类球形和类三角形,并建立其几何模型。（2）测量了土壤的自然含水率、自然密度和颗粒密度。（3）选择了爱丁堡模型作为土壤颗粒仿真的接触力学模型。采用直剪试验对相应的参数进行标定。首先通过PB试验对参数的敏感性进行分析。接下来通过响应面法,设计BBD试验对敏感性参数进行了标定。（5）通过响应面法对大豆种子颗粒与土壤颗粒之间的参数进行了标定,进行了大豆种子颗粒的投种试验和仿真分析。主要内容和结论如下。（1）通过堆积角试验标定大豆种子颗粒与土壤之间相互作用的参数,采用PB试验确定了静摩擦系数和滚动摩擦系数为敏感因素。采用CCD试验,确定了优化的参数值。（2）采用高速摄像进行投种试验,详细分析了投种高度、土壤平面倾角、碰撞方位、土壤含水率和相对投种速度对大豆种子颗粒弹跳和滚动距离的影响。（3）采用本文建立的大豆种子颗粒模型、土壤颗粒模型和标定得到参数,以仿真的方式对投种过程进行了分析,通过对比仿真与试验结果可知,仿真与试验结果的趋势基本一致。（6）采用离散元法与多刚体动力学耦合的方法,进行了播种单体工作过程仿真,主要包括开沟、投种、覆土和镇压过程并与试验结果进行了对比分析,结论如下。（1）采用EDEM与Recur Dyn耦合,仿真分析了播种单体的工作过程,随着播种单体工作速度增大,土壤的开沟角度逐渐减小。（2）将覆土和镇压后大豆种子颗粒的横、纵方向位置变化情况的仿真结果与试验结果进行对比,结果表明,仿真与试验结果的趋势基本一致,二者之间的差别不大。由仿真结果可知,大豆种子颗粒在经历了覆土后再进行镇压,其深度变化不大。（3）在不同的播种单体工作速度下,仿真的平均粒距与理论粒距基本一致。播种单体的工作速度越小,大豆种子颗粒粒距的均匀性越好。