揉碎玉米秸秆螺旋输送仿真离散元模型参数标定

为进一步揭示揉碎玉米秸秆饲料在螺旋输送器中的输送机理,提高揉碎玉米秸秆螺旋输送过程中离散元仿真研究所用参数的准确度,将揉碎玉米秸秆分为秸秆穰、秸秆叶、秸秆皮,采用物理试验和仿真优化设计相结合的方法对离散元仿真参数进行标定。首先,通过物理试验得到穰、叶、皮各项本征参数和接触参数的平均值和范围,将范围相对较大的接触参数通过Plackett-Burman试验利用其显著性进行筛选。结果表明,对仿真堆积角影响显著的因素有穰-叶滚动摩擦系数、皮-叶滚动摩擦系数、叶-叶静摩擦系数。对这3个显著性参数进行最陡爬坡试验,将其取值范围进行优化缩小,通过Box-Behnken试验建立堆积角与显著性参数的二阶回归模型,堆积角的目标值设置为物理试验测得的30.4°,寻优得到最佳的显著性参数的取值：叶-穰滚动摩擦系数为0.325,皮-叶滚动摩擦系数为0.377,叶-叶静摩擦系数为0.411,在此组合下仿真堆积角为30.77°。为进一步检验参数取值的准确性,通过t检验得到P>0.05,表明仿真与物理试验堆积角的值无明显差异,验证了最佳参数取值的可靠性。由此表明,应用上述各物理试验和优化试验来测定及标定离散元仿...     

玉米秸秆茎节接触物理参数测定与离散元数值模拟标定

为提高玉米秸秆离散元数值模拟粉碎过程的准确度,本研究以玉米秸秆茎节为研究对象,采用物理试验与数值模拟相结合的方法对玉米秸秆茎节数值模拟参数进行标定。通过接触参数物理测定试验获得秸秆茎节与秸秆茎节、秸秆外皮、秸秆内瓤、钢之间的静、滚动摩擦因数及碰撞恢复系数,以物理试验结果作为数值模拟参数的选择依据,利用Plackett-Burman试验对数值模拟参数进行显著性筛选,结果表明,对数值模拟休止角影响显著的3个参数分别为秸秆茎节-秸秆外皮碰撞恢复系数、秸秆茎节-秸秆内瓤滚动摩擦因数和秸秆茎节-钢滚动摩擦因数。将数值模拟休止角和物理试验休止角的相对误差作为评价指标,进行最陡爬坡试验,确定显著性参数的最优取值区间。基于Box-Behnken试验建立显著性参数与数值模拟休止角的二阶回归模型,以物理试验测定的休止角36.567°为目标值,对模型进行寻优求解,得到的最优参数组合为秸秆茎节-秸秆外皮碰撞恢复系数0.464、秸秆茎节-秸秆内瓤滚动摩擦因数0.293、秸秆茎节-钢滚动摩擦因数0.228。结合标定的参数进行数值模拟验证,得到的休止角与物理试验休止角的相对误差为1.23%,验证了数值模拟标定参数的...     

大豆种子与排种器接触物理参数的测定与离散元仿真标定

研究大豆排种过程的离散元仿真参数设置。对大豆种子的本征参数、大豆种子与排种器的接触参数进行标定;测定大豆种子长、宽、高三轴尺寸,自然休止角,千粒重和密度的本征物理参数,测定大豆种子与排种盘、搅种轮和有机玻璃接触的最大静摩擦因数、碰撞恢复系数。以平均误差值为评价指标,应用离散元软件正交试验仿真标定。结果表明,离散元仿真标定的参数设置为:大豆种子三轴尺寸的长、宽、高分别为6.884、6.833、6.292mm,密度为1 272.15kg/m~3;大豆种子与排种盘、搅种轮和有机玻璃的最大静摩擦因数分别为0.449、0.408、0.474,碰撞恢复系数分别为0.561、0.518、0.472,离散元仿真的平均误差值为2.044%。     

生菜种子物理接触参数测定与离散元仿真标定

当前工厂化生菜生产播种环节自动化程度较低,设计适用生菜种子播种的自动播种机需要进行仿真模拟。为提高生菜种子在颗粒仿真软件EDEM中运动的准确性,对生菜种子的物理参数和接触参数进行试验测定。以测定的种堆休止角为验证标准,对显著影响参数标定优化。通过物理试验的方法测定生菜种子的基本物理特性和接触参数的范围区间,利用Plackett-Burman试验在多因子中快速筛选出对响应变量(种堆休止角)有显著性影响的参数。设计最陡爬坡试验缩小3个显著性参数取值范围,确定低、中、高三个水平。利用Box-Behnken试验得到二阶回归方程,以测定的种堆休止角为标准进行求解,获得生菜种子EDEM离散元仿真参数的最佳组合。最终通过独立样本T检验,验证了参数的准确性。结果表明,标定的最优参数可用于生菜种子在存种盘中振动过程离散元仿真,也可以为育苗精量播种机流固耦合的颗粒参数设定提供参考。     

水稻茎秆接触物理参数测定与离散元仿真标定

【目的】针对解决水稻清选物料堵塞离散元建模缺乏准确模型问题,为提高水稻植株离散元建模及仿真研究中所用参数的准确度,【方法】以带有叶鞘包裹的水稻茎秆为研究对象,通过斜面试验测定稻秆与不锈钢板之间的静摩擦系数和滚动摩擦系数,接着基于离散元HBP仿真模型,先后通过堆积角试验和三点弯曲试验,以茎秆泊松比v、茎秆剪切模量G_b、茎秆-茎秆碰撞恢复系数e、茎秆-茎秆静摩擦系数u_s、茎秆-茎秆滚动摩擦系数u_t、茎秆-茎秆粘结半径R_b、茎秆-茎秆切向粘结刚度k_tb和茎秆-茎秆法向粘结刚度k_nb为试验因素,以茎秆堆积角θ和茎秆弹性模量E_b为试验因素评价指标,综合采用Plackett-Burman、Central-Composite和Box-Behnken试验方法,对水稻茎秆接触参数和粘结参数进行离散元仿真标定。【结果】Plackett-Burman试验结果表明：u_s与u_t（P<0.01）对θ影响极显著,u...     

包衣棉种物性参数测定与离散元仿真参数标定

针对目前在EDEM(离散元法)中直接建立的棉种颗粒模型与实际棉种在外形上存在一定差异,且缺乏准确的包衣棉种仿真参数的问题,采用物理试验方法测定‘新陆中67号’棉种的基本物理力学参数,研究包衣对棉种与有机玻璃板间的接触参数(碰撞恢复系数、静摩擦因数和滚动摩擦因数)的影响,基于逆向工程技术建立棉种离散元颗粒模型,运用响应曲面分析法建立包衣棉种种间接触参数与休止角相对误差的二阶回归模型,结合物理试验和仿真试验对仿真参数进行标定,确定包衣棉种种间碰撞恢复系数、静摩擦因数和滚动摩擦因数的最优参数组合,并利用棉花精密排种器排种试验对仿真参数进行验证。结果表明:‘新陆中67号’棉种的泊松比为0.27,剪切模量为14 MPa,包衣剂对棉种表面摩擦特性有一定影响,包衣棉种与有机玻璃之间的碰撞恢复系数、静摩擦因数和滚动摩擦因数分别为0.25、0.49和0.21,包衣棉种种间碰撞恢复系数、静摩擦因数和滚动摩擦因数分别为0.19、0.23和0.13,此最优参数组合下排种仿真试验与台架试验的合格率和漏播率相对误差均小于5%,包衣棉种离散元颗粒模型和仿真参数可用于离散元仿真模拟试验。     

玉米秸秆饲料除尘筛出物离散元数值模拟参数标定

为提高玉米秸秆饲料除尘过程中离散元数值模拟参数的准确度,采用物理试验与数值模拟相结合的方法对玉米秸秆饲料的筛出物进行离散元数值模拟参数标定。将物理试验测定筛出物中秸秆与尘土的接触参数作为数值模拟参数选择依据,利用Plackett-Burman试验、最陡爬坡试验和Box-Behnken试验确定对数值模拟休止角影响最显著的因素。以物理试验得到的休止角(41.668°)与标准筛除尘率(13.24%)为目标值,对显著性参数进行寻优;应用最优参数组合进行休止角与标准筛除尘率数值模拟,验证标定参数组合数值模拟精确性。结果表明:对数值模拟休止角影响显著的因素为,尘土接触模型JKR表面能、尘土-尘土恢复系数和尘土-尘土滚动摩擦因数;最优参数组合为,尘土接触模型JKR表面能9.052 J/m2、尘土-尘土恢复系数0.52、尘土-尘土滚动摩擦因数0.182。数值模拟休止角与物理试验休止角相对误差为1.26%,标准筛数值模拟除尘率与物理试验除尘率相对误差为7.93%。     

基于离散元的紫花苜蓿种子仿真参数标定与试验

为寻求丸化包衣过程中紫花苜蓿种子进行离散元仿真模拟试验时最优接触参数组合,采用物理试验与仿真试验相结合的方法对离散元仿真参数进行标定.首先,采用物理试验测得紫花苜蓿种子的基本物性参数(密度、千粒质量、含水率、外形尺寸、泊松比和弹性模量)以及接触参数(碰撞恢复系数、静摩擦系数和滚动摩擦系数),以物理试验结果为根据,确定仿...     

基于响应面法的玉米籽粒离散元参数标定

【目的】离散元法普遍用于模拟农业物料在农业生产过程中的运动状态。离散元模拟的准确度取决于所使用的离散元参数,对颗粒离散元参数进行标定,为其在仿真试验中的应用提供可靠基础。【方法】以玉米籽粒为研究对象,以堆积角为响应值,将采用不同参数组合的仿真试验结果与实体试验结果对比,提出一种基于响应面法的离散元参数标定方法。采用Plackett-Burman试验对玉米籽粒离散元参数进行显著性检验,筛选对响应值影响显著的因素;根据最陡爬坡试验确定显著性因素的最佳水平范围;采用中心组合设计进行3因素5水平响应面优化试验。【结果】玉米泊松比与玉米–玉米静摩擦系数交互作用显著,得到玉米籽粒离散元参数最佳组合为玉米泊松比0.438、玉米–玉米静摩擦系数0.182、玉米–玉米滚动摩擦系数0.051。采用标定好的参数进行仿真试验得到堆积角平均值为26.89°,接近实体试验的堆积角值。【结论】基于响应面法的玉米籽粒离散元参数标定方法是可行的,可以提高玉米籽粒离散元仿真试验的准确性。     

基于离散元的竹粉颗粒接触参数标定

【目的】建立竹粉颗粒材料的离散元模型并标定其相关接触参数。【方法】基于毛竹Phyllostachys edulis粉末物理堆积角实验结果,采用离散元法(DEM)模拟仿真和实验设计(DOE)相结合的方法,通过Plackett-Burman (P-BD)实验、爬坡实验和响应面实验获得竹粉堆积角和仿真参数之间的二次多项式回归模型,以物理堆积角为目标值预测得到接触参数的最优组合。【结果】实测竹粉物理堆积角为49.29°;P-BD实验结果表明了竹粉-竹粉滚动摩擦系数、竹粉-竹粉恢复系数和竹粉-不锈钢板静摩擦系数对堆积角影响显著(P<0.05);响应面实验结果进一步证实了P-BD实验的结果,同时表明竹粉-竹粉滚动摩擦系数自身交互作用、竹粉-竹粉滚动摩擦系数和竹粉-竹粉恢复系数的交互作用对堆积角有显著影响(P<0.05);最优因素组合为竹粉-竹粉恢复系数0.44,竹粉-竹粉滚动摩擦系数0.22,竹粉-不锈钢板静摩擦系数0.45。【结论】本研究在41.20°～55.27°堆积角范围内建立的竹粉颗粒堆积角定量模拟标定与预测平台具有较高的可靠性,DEM标定方法可为后续建立评估生物质颗粒运动行为...     

固沙装备插草圆盘前进速度与阻力关系分析

针对插草圆盘试验中存在偏载而导致的误差问题,采用离散元数值模拟和试验相结合的方法,对机械化铺设草方格过程中纵向插草圆盘在竖直方向插草阻力的影响因素及其影响规律进行研究,对草秆的运动规律进行理论分析,得到了单根草秆被插草圆盘滚动下压至最低位置的时间和相邻两根草秆开始运动时间差的计算公式,圆盘在1个运动周期内所接触的草秆数量,以及草秆在竖直方向的平动速度与圆盘前进速度的定量关系式。利用自行设计的土槽试验装置,进行竖直插草试验,对草秆转动的角速度与角加速度进行标定。利用离散元法建立插草圆盘插草的草秆-沙土三维模型,并仿真插草圆盘滚动插草的过程。仿真结果表明:1)对草秆运动的理论分析结果适用于插草动态过程离散元仿真;2)当圆盘前进速度在4～10cm/s区间时几乎不会影响竖直方向的稳态插草阻力;3)圆盘竖直方向插草阻力随着草秆铺设密度的增加而增大。本研究揭示了圆盘滚动插草过程中,草杆的运动规律与圆盘前进速度等参数间的定量关系,并在试验标定参数的基础上,得到了圆盘速度、草秆铺设密度对插草阻力的影响规律。     

颗粒离散元法的微机可视化程序设计

以VC十十6．0开发工具,将UNIX环境下的离散元程序进行了移植和改造,研制出在微机WINDOWS环境下的离散元仿真程序。程序的计算和控制部分采用混合编程、动态链接及多线程编程技术,在可视化图形程序设计中成功地引进了0penGL图形库,实现了图像资料直接打印和保存。使用上述程序模拟了急刹车情况下车载散体与车厢的相互作用,表明新程序的操作和图形显示界面友好,效率很高。     

小型玉米秸秆收割机的仿真与试验

针对甘肃地区玉米种植地块小且分散,人工收获劳动强度大,生产率低等问题,设计并研制了一种由传动系统、切割装置、扶禾器等组成的小型玉米秸秆收割机。利用Solid Works和ADMAS对整机进行虚拟仿真,得到收割机的性能指标,并对样机进行田间收割试验。结果表明:收割机切割装置转轴的总动能为1.547×105 J,转轴的总冲量为3 858 N·s;在不清除地膜和杂草的条件下,平均割茬高度为1.76 cm,玉米秸秆的平均铺放合格率达95.59%,各装置协调、平稳、可靠,平均工作效率可达5.10 hm2/h。通过整机虚拟仿真得到的转轴动能和冲量可作为收割机切割效果的性能指标。     

基于响应面法的锤片-齿条式玉米秸秆切揉试验装置的参数优化

研制了一种锤片-齿条式切揉试验装置,并采用二次旋转回归正交试验设计进行了玉米秸秆切揉试验,建立了玉米秸秆揉丝率和度电产量与转子转速、锤片-齿条间隙、锤片厚度之间的数学模型,并采用响应面分析和多目标优化法,得到了锤片-齿条式切揉装置的最佳工作参数。结果表明:当转子转速为2 203.03 r.min-1、锤片厚度为3.26 mm、转子-齿条间距为23.00 mm时,揉丝率为90.12%,度电产量为202.02 kg.kW-1.h-1。实践证明该装置设计方案可行。     

基于离散元法玉米秸秆双层粘结模型力学特性研究

针对玉米秸秆外表皮与内穰力学特性存在显著差异问题,建立离散元玉米秸秆双层粘结双峰分布模型,通过力学试验与虚拟仿真试验对比,标定玉米秸秆外表皮和内穰力学参数,校正离散元模型,探究玉米秸秆力学特性.结果表明,采用离散元Hertz-Mindlin with bonding颗粒接触方法可建立玉米秸秆双层粘结双峰分布模型.完善DEM方法建立玉米秸秆颗粒粒度随机分布的双层粘结模型方法.通过力学试验得出青贮玉米秸秆外表皮弹性模量和剪切模量分别为982.52和387.58 MPa,青贮玉米秸秆内穰弹性模量和剪切模量分别为28.64和8.13 MPa,外表皮木质部与内穰纤维部力学特性差异显著.计算得出外表皮-外表皮、外表皮-内穰、内穰-内穰之间粘结参数.通过单轴压缩试验,剪切与虚拟仿真试验对比验证离散元模型可靠性.文章所建立玉米秸秆双层粘结双峰分布离散元模型表征两者力学特性差异,为青贮玉米饲料数值化研究提供理论依据.     

去髓和留髓玉米秸秆燃料特性的对比分析

通过对去髓和留髓玉米Zea mays秸秆的化学成分、工业分析、元素分析、低位发热量、热动力学以及灰熔点几个方面的特性做对比,发现留髓玉米秸秆木质素较高,占整秆的27.72%,纤维素较低,占整秆的25.65%。相较于留髓玉米秸秆,去髓玉米杆的纤维素（25.47%）和木质素（21.90%）均低于留髓玉米秸秆;留髓的玉米秸秆的固定碳（13.61%）和低位发热量（16 536 Jg－1）都高于留髓玉米秸秆;同时留髓玉米秸秆的活化能和频率因子也要高于去髓玉米秸秆,但留髓玉米秸秆灰的变形温度（1 173 ℃）和软化温度（1 258 ℃）比去髓玉米秸秆低100 ℃以上。研究表明:玉米整秆相较于去髓玉米秸秆更易燃烧且更适合制作燃料,但需要对燃烧锅炉进行改造,期望能够对玉米秸秆制作燃料作为人造板工厂新能源提供一定理论基础。图4表7参13     

典型蓖麻蒴果碰撞恢复系数的测定及分析

为研究蓖麻蒴果在脱壳时与脱壳部件之间的碰撞模型,揭示恢复系数的影响规律,基于蓖麻蒴果碰撞动力学原理和运动学方程,分别建立蓖麻蒴果碰撞过程中恢复系数的理论模型和试验装置。1)采用L8(4×23)型混合正交试验方案研究碰撞材料、含水率、下落高度和品种对蓖麻蒴果恢复系数的影响,并对碰撞材料、下落高度和品种进行单因素试验分析。2)利用高速摄影捕捉哲蓖4号和通蓖17号蓖麻蒴果碰撞时的反弹轨迹,并对其进行遍历循环计算,得出了蓖麻蒴果碰撞恢复系数。3)采用龙格库塔算法对碰撞动力学模型进行数值计算,采用遗传算法改进的Lsqcurvefit算法对恢复系数模型进行参数估计,得出了下落高度对恢复系数影响的解析表达式。试验结果表明:蓖麻蒴果恢复系数(COR)为0.268 8～0.426 4,影响其碰撞恢复系数因素主次顺序为碰撞材料、下落高度、品种和含水率,且碰撞材料对蓖麻蒴果恢复系数影响极显著;随下落高度的增加,恢复系数依次减少,且理论解与试验值相近,改进后的算法在恢复系数求解精度上分别提高约3.25%和3.02%。     

玉米秸秆茎叶分离装置的设计与试验

【目的】设计玉米秸秆茎叶分离机械,为农业废弃物玉米秸秆的资源化利用提供技术支持。【方法】基于压扁碾搓法原理,设计了一种由压辊机构、剥辊机构、清理机构等组成的茎叶分离装置,以实现对玉米秸秆的茎叶分离,并采用含水率为21.68%的玉米秸秆对分离装置参数进行了正交试验优选。【结果】影响秸秆茎叶分离率的主次因素依次是压辊间隙、剥辊速比和压辊转速。玉米秸秆茎叶分离的优选方案为：压辊间隙8 mm,剥辊速比1.6,压辊转速200 r/min。在此条件下,玉米秸秆的茎叶分离率可达到92.9%。【结论】该装置可用于玉米秸秆的茎叶分离,有效提高了分离效果。