基于堆积试验的沙蓬种子离散元仿真参数标定

为了获得沙蓬种子仿真播种过程所需的参数,通过物理堆积试验与仿真堆积试验相结合的方法对沙蓬种子的离散元仿真参数进行标定。首先,对沙蓬种子相关物性参数进行了测定,建立其离散元模型,并利用物理堆积试验获得沙蓬种子的堆积角为45.995°。其次,采用Plackett-Burman试验进行仿真堆积试验,筛选出对堆积角影响显著的参数为：沙蓬种子之间恢复系数、沙蓬种子之间滚动摩擦系数、沙蓬种子与ABS板间静摩擦系数。然后,根据最陡爬坡试验确定显著参数的取值范围;设计二次正交旋转组合试验,建立堆积角相对误差与显著参数的二阶回归方程,得到离散元仿真最佳参数组合：沙蓬种子之间恢复系数为0.529、沙蓬种子之间滚动摩擦系数为0.057、沙蓬种子与ABS板间静摩擦系数为0.629。最后,将最佳参数组合的值进行仿真堆积试验验证,得到仿真试验堆积角为46.740°,与物理堆积试验相对误差为1.62%,表明最佳参数组合选取合理,可为沙蓬种子播种机械离散元仿真参数设置及优化设计提供参考依据。     

基于堆积试验的黑水虻离散元仿真参数标定与分析

为解决黑水虻在畜禽粪便处理后续分离环节中应用筛分机械作业难、缺乏准确离散元仿真模型等问题,以黑水虻为研究对象,基于EDEM仿真软件模拟,选取系统中"Hertz-Mindlin with JKR"接触模型,以堆积角为评价指标,对黑水虻离散元仿真模型参数标定进行研究.首先,通过Plackett-Burman试验筛选对黑水虻...     

基于堆积试验的玉米包衣种子离散元参数标定

为获得基于黏结颗粒模型（BPM）玉米包衣种子离散元仿真所需的精确接触参数,基于堆积试验对玉米包衣种子的仿真参数进行标定。对郑单958玉米包衣种子分类筛选后,通过激光扫描仪对轮廓较好的种子进行扫描,得到点云数据,并通过CATIA软件对点云数据进行处理,最终得到玉米种子仿真模型。设计Plackett-Burman试验,通过Isight软件的近似模型与DOE联合模块对试验结果进行分析,筛选出对堆积角影响显著的参数：玉米种子-玉米种子静摩擦系数、法向刚度与切向刚度。基于Isight软件RSM优化模块,根据Box-Behnken试验结果建立堆积角与显著性参数的二阶回归模型,得到参数的最佳组合：玉米种子-玉米种子静摩擦系数0.269、法向刚度2.54×10⁸ N·m^-3、切向刚度5.93×10⁷ N·m^-3。将标定参数仿真所得堆积角与真实试验值进行对比,二者相对误差为0.98%。上述结果表明,响应面分析可用于标定玉米包衣种子的离散元仿真参数,为玉米气力式排种器的结构设计与参数优化提供参考。     

双低油菜籽粒离散元仿真参数标定与试验验证

为设计优化双低油菜机械化精量播种设备,以甘肃地区种植的双低油菜,‘青杂5号’和‘陇油19号’籽粒为对象,采用物理试验法测定2种双低油菜籽粒的基本物理学参数以及种子与PLA塑料和光敏树脂间的静摩擦因数和碰撞恢复系数。基于EDEM仿真软件和斜面滚动法,标定种子与PLA塑料和光敏树脂间的滚动摩擦因数,采用仿真逼近预测法标定种子间的滚动摩擦因数,并利用异形槽口窝眼轮排种器台架试验对仿真参数进行验证。结果表明:‘青杂5号’与PLA塑料和光敏树脂间的静摩擦因数分别为0.35和0.34,碰撞恢复系数分别为0.639和0.655,滚动摩擦因数分别为0.064和0.060。‘陇油19号’与PLA塑料和光敏树脂间的静摩擦因数分别为0.32和0.28,碰撞恢复系数分别为0.662和0.666,滚动摩擦因数分别为0.059和0.058。2个品种油菜籽粒间的静摩擦因数分别为0.57和0.59,碰撞恢复系数分别为0.384和0.397,滚动摩擦因数分别为0.054和0.046。将2种品种油菜籽粒的标定参数进行异形槽口窝眼轮排种器仿真试验和台架验证试验,对于‘青杂5号’油菜籽粒,其仿真试验与台架试验合格率的相对误差为0.48%,重播率的相对误差为4.99%,漏播率的相对误差为6.98%。对于‘陇油19号’油菜籽粒,其仿真试验与台架试验合格率的相对误差为0.29%,重播率的相对误差为3.79%,漏播率的相对误差为4.76%。     

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...     

谷壳垫料颗粒离散元模型参数标定

为了得到异位发酵床垫料颗粒精准的离散元模型接触参数,以谷壳作为发酵床垫料,对谷壳部分物理参数及其物理力学特性进行测定分析,利用离散元仿真软件进行谷壳堆积角的模拟试验.选用Hertz-Mindlin(no slip)模型作为颗粒之间的接触模型,以堆积角作为评价指标,选取谷壳间的静摩擦系数、谷壳间的滚动摩擦系数及谷壳的剪切...     

基于离散元的木薯种茎仿真参数标定方法研究

针对木薯机械化种植过程中切种与播种等环节离散元仿真研究缺乏准确模型等问题,以桂热4号木薯为研究对象,利用试验及离散元模拟结合的方法对木薯种茎离散元仿真参数进行标定。先测定种茎基本物理参数,应用Hertz-Mindlin无滑动接触模型开展颗粒堆积虚拟试验,并结合圆筒提升法进行种茎堆积物理试验。通过2水平因子试验、最陡爬坡试验以及响应面分析确定种茎基本接触参数。在此基础上,应用Hertz-Mindlin with bonding接触模型开展种茎切断仿真试验,通过响应面分析颗粒切断离散元仿真参数。为验证标定参数准确性,通过侧壁坍塌试验进行参数验证,发现休止角的相对误差均小于2%,相对误差平均值为0.69%。研究结果表明,标定方法正确、仿真参数准确。     

考虑颗粒间黏结力的黏性土壤离散元模型参数标定

【目的】实现黏性土壤离散元模型的接触参数与接触模型参数标定。【方法】基于土壤堆积角物理试验结果,采用考虑颗粒间黏结力的"Hertz-Mindlin with JKR"接触模型进行土壤堆积角仿真试验,借助GEMM(Generic EDEM material model database)数据库获得离散元模型关键参数(包括JKR表面能、恢复系数、静摩擦系数与动摩擦系数),进一步运用Box-Behnken试验方法进行堆积角仿真试验。【结果】通过对试验结果进行多元回归拟合分析获得了堆积角回归模型,回归模型的方差分析表明该模型极显著,试验因素对堆积角的影响为二次多项式,且存在复杂的一次与二次交互作用。以堆积角40.45°为目标对回归模型进行寻优,得到了优化解:JKR表面能7.91J·m-2;恢复系数0.66;静摩擦系数0.83;动摩擦系数0.25。以此优化解进行仿真试验获得的堆积角为39.73°。堆积角仿真试验与物理试验在堆积角度和形状上具有较高的相似性。【结论】可利用该优化参数对样品土壤进行进一步的黏性土壤与触土部件间的离散元仿真,从而揭示黏性土壤在触土部件作用下的运动规律。     

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...     

稻谷颗粒模型离散元接触参数标定与试验

EDEM与FLUENT耦合模拟稻谷清选时,稻谷颗粒参数设置的准确性直接影响仿真结果的可信度。结合稻谷颗粒堆积角的实测试验与仿真试验,标定了稻谷颗粒模型间静摩擦系数、滚动摩擦系数2个主要接触参数。设计了堆积角形成装置,该装置采用坍塌法和注入法同时形成2种堆积角,可以减小非同时形成所引起的测量误差;创建了稻谷颗粒的离散元模型,结合堆积角的实测试验与仿真试验,建立了2个主要接触参数与2种堆积角之间的二元回归方程;以稻谷颗粒2种堆积角的实测结果作为目标值,对回归方程进行数值求解,得到颗粒模型间的静摩擦系数、滚动摩擦系数分别为0.433 6、0.161 5;设计了抛洒试验对标定后的参数进行验证,抛洒长度、宽度和近抛洒端堆积角等特征参数的实测结果与仿真结果的相对误差小于5.7%,这表明颗粒的模拟运动轨迹与实际运动轨迹基本一致,所创建的稻谷颗粒离散元模型及标定得到的接触参数可以为EDEM-FLUENT耦合仿真稻谷清选过程提供参考。     

鲜莲籽离散元仿真参数标定

【目的】确定鲜莲籽机械化加工过程中离散元仿真模型参数,为鲜莲籽机械化加工仿真试验提供数据参考。【方法】本研究利用EDEM仿真软件开展鲜莲籽离散元仿真参数标定。以产自湖北洪湖的‘太空莲36号’为试验对象,通过落种试验测定鲜莲籽实际落种的堆积角和休止角。基于Hertz-Mindlin (no slip)接触模型进行鲜莲籽落种仿真试验,以鲜莲籽堆积角和休止角的实测值与仿真值之间的误差为试验指标,通过PlackettBurman试验确定对堆积角和休止角影响显著的接触参数,通过最陡爬坡试验确定鲜莲籽离散元模型最优接触参数组合。采用料斗进行实际落种验证试验,以莲籽落种速率为试验指标,对比实际与仿真落种验证试验莲籽落种速率,验证最优参数组合可靠性。【结果】莲籽间静摩擦系数、莲籽间滚动摩擦系数对堆积角影响极显著(P<0.01);莲籽间滚动摩擦系数对休止角影响极显著(P<0.01),莲籽间静摩擦系数、莲籽-有机玻璃静摩擦系数对休止角影响显著(P<0.05)。最优接触参数组合为莲籽间静摩擦系数0.4、莲籽间滚动摩擦系数0.02、莲籽-有机玻璃静摩擦系数0.4。落料验证试验结果表明,实际试...     

基于离散元的鱼饲料仿真参数标定与试验

为全面研究鱼饲料的离散元仿真物性参数,以渔用硬颗粒3.0中号饲料为研究对象,通过密度测量试验与单轴平板压缩试验测得硬颗粒饲料的密度、弹性模量、剪切模量、泊松比数值分别为1 096 kg/m³、336.32 MPa、126.65 MPa、0.33。同时在EDEM仿真软件中建立硬颗粒饲料离散元模型,结合台架试验与仿真试验对硬颗粒饲料-钢以及硬颗粒饲料-尼龙之间的碰撞恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数进行标定,其值分别为0.380、0.538、0.028,0.405、0.356、0.033。结合堆积角试验,通过最陡爬坡试验和Box-Behnken响应面优化试验,标定硬颗粒饲料间的碰撞恢复系数为0.364、静摩擦因数为0.236、滚动摩擦因数为0.13。运用自主研发的投饵机进行参数验证试验,以硬颗粒饲料分布变异系数C_V为评价指标,得出实际硬颗粒饲料分布变异系数与仿真硬颗粒饲料分布变异系数的相对误差为1.709%,表明本研究中建立的渔用硬颗粒饲料的离散元模型以及标定的硬颗粒饲料物性参数可用于EDEM离散元仿真试验。     

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...     

蔗段离散元仿真建模方法与参数标定

【目的】蔗段作为大长径比秆状物料,其离散元模型的构建方法与仿真参数的设定尚不清楚,仿真模型精度对颗粒间的动力学响应特性有较大影响,需通过参数标定提高仿真参数的准确性。【方法】以蔗段物理堆积角为响应值,采用仿真试验方法优化标定离散元参数。首先,采用物理试验测定蔗段的基本物性参数,并基于多球聚合模型和XML的方法构建蔗段仿真模型;然后,应用Plackett-Burman试验对蔗段离散元仿真中的8个初始参数进行显著性筛选,并对显著性参数进行最陡爬坡试验,确定最优参数区间;最后,基于Box-Behnken试验建立显著性参数与堆积角的二阶回归方程,以物理试验堆积角42.70°为目标值,对回归方程进行优化求解。【结果】显著性筛选试验得出蔗段泊松比、蔗段-蔗段静摩擦系数、蔗段-蔗段滚动摩擦系数对仿真堆积角影响显著;最优参数组合为：蔗段泊松比0.35、蔗段-蔗段静摩擦系数0.53、蔗段-蔗段滚动摩擦系数0.04。最优参数组合的仿真试验结果表明,仿真堆积角与物理试验堆积角无显著性差异,两者相对误差为0.99%,进一步验证了蔗段离散元标定参数的可靠性。【结论】蔗段离散元模型与最优仿真参数可用于蔗段离散元仿...     

黑水虻生物转化餐厨垃圾有机肥离散元模型参数标定

在采用离散元法对黑水虻生物转化餐厨垃圾有机肥收集、转运等关键环节进行仿真分析时,存在餐厨垃圾有机肥的本征参数及餐厨垃圾有机肥与装备之间接触参数缺乏的问题。以含水率为37.5%的黑水虻生物转化餐厨垃圾有机肥为研究对象,利用EDEM 2020软件对其离散元仿真模型参数进行标定。通过Plackett-Burman试验、最陡爬坡试验及Box-Behnken试验获得各参数的最优组合为：泊松比0.2、剪切模量7 MPa、密度2 000 kg·m^-3、有机肥-有机肥碰撞恢复系数0.46、有机肥-有机肥静摩擦系数0.8、有机肥-有机肥滚动摩擦系数0.15、有机肥-钢碰撞恢复系数0.51、有机肥-钢静摩擦系数0.65、有机肥-钢滚动摩擦系数0.09、JKR表面能为0.1 J·m^-2,在该参数组合下的仿真试验结果与物理试验结果的相对误差为3.63%（P>0.05）,证明数据可靠。该研究结果表明,餐厨垃圾有机肥离散元模型和标定后得到的参数具有可靠性,可为黑水虻生物转化餐厨垃圾有机肥在机械收集、输送、分离等方面的离散元研究提供参考。     

白萝卜种子颗粒模型离散元接触参数标定与试验

在利用EDEM与FLUENT耦合模拟白萝卜排种器排种过程时,白萝卜种子颗粒参数设置以及模型的选择直接影响仿真结果的可靠性。结合白萝卜种子真实颗粒和仿真堆积试验,标定了不同填充球颗粒半径白萝卜种子模型的2个主要接触参数：白萝卜种子-有机玻璃静摩擦系数和白萝卜种子间静摩擦系数。采用自动填充方式创建了不同填充球颗粒半径白萝卜种子的离散元模型。利用Plackett-Burman试验对物料特性影响参数进行分析,发现白萝卜种子-有机玻璃静摩擦系数、白萝卜种间静摩擦系数对堆积角的影响极显著。结合台架与仿真堆积试验,建立了2个主要接触参数与堆积角的二元回归模型,以白萝卜种子实际堆积角为目标对参数进行寻优,得到不同填充球颗粒半径白萝卜种子模型的白萝卜种子-有机玻璃静摩擦系数和白萝卜种子间静摩擦系数。结合堆积角相对误差率与仿真时间分析最佳球颗粒填充半径,当白萝卜种子离散元填充颗粒半径为0.25 mm时,其仿真精度和仿真时间最优。得到的最佳填充球颗粒模型以及标定的接触参数,为白萝卜种子排种器研究提供一定的参考。     

基于响应面法的蓝莓离散元参数标定

由于蓝莓颗粒的特殊性,针对蓝莓颗粒的离散元模型接触参数难以直接测量的问题,以蓝莓颗粒的休止角为响应值,基于响应面法优化标定离散元参数。应用Plackett-Burman(PB) Design设计试验对蓝莓颗粒离散元模型的8个参数进行筛选,得到对休止角影响显著的参数,蓝莓-蓝莓恢复系数、蓝莓-蓝莓静摩擦系数和蓝莓-钢静摩擦系数;在PB试验的基础上,对影响显著的3个参数进行最陡爬坡试验,确定显著性参数的最佳点。以选出的最佳水平为中心点,进行Central Composite Design试验,建立了休止角与显著性参数的回归模型,将真实试验的休止角作为目标,得到显著性参数最优值,蓝莓-蓝莓恢复系数为0.06,蓝莓-蓝莓静摩擦系数为0.56,蓝莓-钢静摩擦系数为0.70。最后,为了验证参数的可靠性,将得到的参数代入EDEM软件进行仿真验证试验,对真实试验与仿真试验的休止角的相对误差进行了验证,结果表明两者的相对误差为0.57%,无显著性差异,说明标定的参数是可靠的。研究结果可为蓝莓离散元模型参数的选择提供参考,并用于蓝莓采摘过程的仿真。     

双孢菇麦粒菌种离散元分析参数试验研究及仿真标定

为确定双孢菇麦粒菌种EDEM离散元仿真参数,通过实测试验测得其3轴尺寸、含水率、千粒质量、颗粒密度等本征参数,借助Matlab图像处理技术测得双孢菇堆积角为25.25°。利用EDEM仿真软件设计Plackett-Berman试验和二次回归通用旋转组合试验,筛选显著因素并建立二次回归模型,进而得出双孢菇麦粒菌种离散元仿真分析参数最优组合,泊松比为0.305,剪切模量为5.07 MPa,颗粒密度为1 916 kg/m~3,种间碰撞恢复系数0.5、滑动摩擦因数0.4、滚动摩擦因数0.018,种与塑料的碰撞恢复系数为0.335,滑动摩擦因数为0.55,滚动摩擦因数为0.055。设计验证试验结果表明,该参数组合下的仿真试验和实测试验结果无显著差异。标定所得双孢菇麦粒菌种仿真分析参数组合可为麦粒菌种仿真试验提供参考。     

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...     

水稻机械直播的土壤表层泥浆离散元参数标定

【目的】针对水稻机械直播稻田播前土壤与触土部件的相互作用机理不明确等问题,可利用离散元分析法研究影响水稻精量穴直播质量的因素。由于播前土壤的结构复杂,其表层泥浆与耕层存在一定差异,因此,需分层构建复合土壤模型。为获取精确的水稻机械直播的表层泥浆离散元参数,开展试验研究和仿真分析,并标定表层泥浆的离散元仿真参数。【方法】按照水稻精量穴直播的整地要求处理,并在播种前去田间获取表层泥浆,采用漏斗法进行泥浆堆积角试验,利用数显倾角仪多次测量泥浆堆积角并取平均值。选择EDEM离散元软件中Hertz-Mindlin with JKR接触模型,开展泥浆堆积角仿真试验。以堆积角为响应值,通过Plackett-Burman试验筛选出对堆积角影响显著的3个参数,进一步开展最陡爬坡试验缩小显著性参数的取值范围。采用Box-Behnken试验建立表层泥浆堆积角与筛选的显著性参数的回归模型,并以物理试验测得的泥浆堆积角为目标值,对显著性参数寻优得到最佳参数组合。将最优参数代入仿真软件验证表层泥浆颗粒离散元参数的准确性。【结果】泥浆堆积角物理试验获取表层泥浆堆积角为40.20°。Plackett-Burman试验...