薄层热风干燥过程含水率在线测量装置研制与试验

针对薄层热风干燥过程自动称量精度受温度波动、气流扰动及机械振动等因素影响的问题，该研究研制了薄层热风干燥装置及其控制系统，以实现干燥过程物料质量及含水率的自动获取、及时查看和数据存储。系统改进了传统称量结构，采用悬吊称量的方式，将称量传感器置于干燥装置外，与干燥环境相隔离以提高称量传感器使用寿命；采用变频器输出频率表征风速的方式，有效避免了热式风速传感器在变温环境中的测量误差；通过称量传感器温度-质量的归一化偏差校正方法及“停风-稳定-称量-恢复”准静态的自动称量流程，开展了温度波动、气流扰动误差特性及装置验证试验，保证了干燥过程中物料含水率的准确获取。试验表明：恒载标定时，采用温度-质量归一化偏差校正方法校正后的质量与恒载质量最大偏差值为0.368 g，与实测质量相比，平均绝对百分比误差降低了84.4%，测量不确定度降低了72.2%；采用停风检测方案后，实测质量与恒载质量的最大偏差值由37.1 g降至0.31 g；物料加载时，在干燥温度35、45及55℃条件下，以手动称量方式下获取的质量及含水率为标准值，自动称量方式下的质量绝对误差分别为0.337、0.415和0.472 g，含水率...     

Differences in parameter estimates derived from various methods for the ORYZA (v3) Model

Parameter estimation is always a difficult issue for crop model users, and inaccurate parameter values will result in deceptive model predictions. Parameter values may vary with different inversion methods due to equifinality and differences in the estimating processes. Therefore, it is of great importance to evaluate the factors which may influence parameter estimates and to make a comparison of the current widely-used methods. In this study, three popular frequentist methods (SCE-UA, GA and PEST) and two Bayesian-based methods (GLUE and MCMC-AM) were applied to estimate nine cultivar parameters using the ORYZA (v3) Model. The results showed that there were substantial differences between the parameter estimates derived by the different methods, and they had strong effects on model predictions. The parameter estimates given by the frequentist methods were obviously sensitive to initial values, and the extent of the sensitivity varied with algorithms and objective functions. Among the frequentist methods, the SCE-UA was recommended due to the balance between stable convergence and high efficiency. All the parameter estimates remarkably improved the goodness of model-fit, and the parameter estimates derived from the Bayesian-based methods had relatively worse performance compared to the frequentist methods. In particular, the parameter estimates with the highest probability density of posterior distributions derived from the MCMC-AM method (MCMC_P_max) led to results equivalent to those derived from the frequentist methods, and even better in some situations. Additionally, model accuracy was greatly influenced by the values of phenology parameters in validation.     

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%。     

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。     

羌活籽粒和珍珠岩的离散元参数标定及排种验证

为确定羌活种子排种器离散元仿真所需的物性参数，对羌活籽粒和珍珠岩进行物性参数测量及标定。采用斜面法测量静摩擦系数，用自由跌落法测量碰撞恢复系数，用圆筒提升法测量堆积角，通过EDEM仿真对比堆积角大小，确定滚动摩擦系数，通过对比仿真试验与田间试验的结果，确定测定参数的准确性。羌活籽粒的密度为160 kg/m3，珍珠岩密度为150 kg/m3；羌活籽粒的泊松比为0.32，珍珠岩的泊松比为0.2；羌活籽粒的剪切模量为30 MPa，珍珠岩的剪切模量为38.5 MPa；羌活籽粒与ABS塑料板的静摩擦系数为0.62，珍珠岩与ABS塑料板的静摩擦系数为0.78，羌活籽粒间的静摩擦系数为0.51，珍珠岩间的静摩擦系数0.91，羌活籽粒对珍珠岩的静摩擦系数为0.72；羌活籽粒与ABS塑料板的碰撞恢复系数为0.39，珍珠岩与ABS塑料板的碰撞恢复系数为0.28，羌活籽粒间的碰撞恢复系数为0.31，珍珠岩间的碰撞恢复系数为0.14，羌活籽粒对珍珠岩的碰撞恢复系数为0.32，珍珠岩对羌活籽粒的碰撞恢复系数为0.26；羌活籽粒的滚动摩擦系数为0.043，珍珠岩的滚动摩擦系数为0.097，珍珠岩与羌活籽粒之间的滚动摩擦系数为0.037；仿真试验与田间试验的排种结果曲线基本一致，平均相对误差分别为5.6%和3.8%，表明测定的物性参数具有可靠性。本研究为羌活籽粒和珍珠岩的离散元仿真提供理论参考，为羌活播种机的设计优化提供理论参考。     

半夏块茎物理特性研究及离散元仿真参数标定

为设计研究半夏撒播排种器，测定了半夏的本征物理特性参数，并对半夏离散元仿真参数进行标定。通过烘干试验、浸液试验、匀速压缩试验，确定了半夏种子的含水率为62.23%、密度为1 210 kg·m^-3、泊松比为0.373 1、弹性模量为5.751 MPa；通过实际碰撞试验结合仿真试验建立了回归模型，测定半夏-半夏的碰撞恢复系数为0.472 0、半夏-不锈钢板间碰撞恢复系数为0.635 8；通过实际的斜面滑动试验结合仿真试验，确定了半夏-不锈钢板间的静摩擦系数为0.615 4；利用圆筒提升试验结合最陡爬坡试验和Box-Behnken试验，确定了半夏-不锈钢板间的滚动摩擦系数为0.150、半夏-半夏的静摩擦系数为0.554、半夏-半夏的滚动摩擦系数为0.157。该研究结果可为半夏机械化生产装备设计研究和结构优化提供理论参考及设计依据。     

收获期菊芋根-块茎离散元柔性模型研究

目前，菊芋机械化收获过程中的清选及输送等环节作业参数设定缺乏适用的理论依据，以收获期菊芋根-块茎为研究对象，基于离散元方法建立了一种能反映根须柔性和块茎脱落力学特性的粘结模型并对其相关参数进行了标定。首先通过物理试验确定了菊芋根-块茎本征参数、基本接触参数及相关力学参数，然后在此基础上利用Hertz-Mindlin with bonding V2接触模型构建了菊芋根-块茎粘结模型，并通过单因素试验和响应曲面试验，分别标定了菊芋根颗粒之间和根与块茎颗粒之间法向粘结刚度、切向粘结刚度、临界法向应力、临界切向应力等粘结模型参数。菊芋根须三点弯曲及根-块茎拉伸试验结果表明，根须弯曲弹性模量仿真结果与实际测量值相对误差为4.29%;菊芋根-块茎抗拉力仿真结果与实际测量值相对误差为7.72%;菊芋块茎脱落试验结果表明，仿真试验与菊芋收获机实际田间作业相比，滚筒筛转速对菊芋块茎脱落率影响趋势一致，筛内物料筛分规律相符。所构建的菊芋根-块茎模型可用于菊芋机械化收获相关环节的分析研究。     

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。     

基于拉格朗日法的悬臂输送槽阻尼摆模型构建与验证

为准确分析联合收割机输送槽在作业时产生的不平衡摆动现象，该研究建立了基于液压缸支撑的联合收割机悬臂输送槽阻尼摆模型。首先对悬臂输送槽系统进行受力分析，并基于拉格朗日法建立其动力学微分方程。为进一步确定动力学微分方程中的参数，利用有限元法和模态分析法对液压缸刚度和阻尼进行参数标定；并进行田间试验获取输送槽所受外界激励。利用二次积分与快速傅里叶变换（fast fourier transform，FFT）处理田间试验采集到的加速度信号，得到悬臂输送槽振幅及振动的主频成分，为动力学微分方程的验证提供依据。最后求得悬臂输送槽角速度和摆角的表达式，将理论得到的初始状态下悬臂输送槽摆幅与田间试验实际摆幅进行对比。结果表明：稳定状态下，理论求解得到的同一水平位置两测点对应的摆幅分别约为0.0979、0.0957mm，与试验实际摆幅误差约为1.11%和4.30%，验证了该联合收割机悬臂输送槽阻尼摆模型的准确性。研究结果可为长江中下游地区水稻联合收割机悬臂输送槽结构优化提供理论依据。