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。     

离散元法中所用土壤参数测量及标定方法研究

[目的]针对离散元仿真软件涉及的土壤参数进行测量及标定。[方法]基于Hertz-Mindlin with JKR黏结模型，通过直接测量法测量土壤的固体密度、弹性模量和泊松比，并用堆积角和滑动摩擦角来标定土壤接触参数。通过中心组合试验，采用Design-Expert 8.0.6软件，以土壤休止角、土壤与65Mn钢滑动摩擦角的仿真值与实测值的相对误差为优化目标进行回归分析。[结果]通过分析获得最优的离散元接触参数组合为土壤间恢复系数0.28、静摩擦系数0.49、滚动摩擦系数0.24、土壤表面能0.04 J/m²,土壤与65Mn钢间恢复系数0.59、静摩擦系数0.67、滚动摩擦系数0.13。在所测土壤参数及最优标定参数下，采用离散元仿真模拟探针入土行为，获得探针在8 mm/s的贯入速度下，贯入20、40、60、80和100mm处仿真试验和土槽试验探针阻力相对误差分别为8.59%、9.88%、9.72%、0.15%、6.98%,误差在可接受范围内。[结论]参数测量和标定方法准确可靠性，可为松软土壤的离散元仿真提供参考。     

新疆农田粉土离散元仿真参数标定

【目的】标定新疆地区粉土离散元仿真模型,量化分析农业机械触土部件与土壤的相互作用。【方法】采用EDEM离散元仿真软件,运用斜坡试验标定土壤与触土材料（65 Mn）之间的接触参数,堆积角试验标定土壤与土壤之间的接触参数,以斜坡滚动距离为优化目标进行回归分析。【结果】土壤与65 Mn之间离散元模型参数的一种优化组合为恢复系数0.51,静摩擦系数0.56,动摩擦系数0.08,JKR表面能4.12;以堆积角为优化目标,土壤之间离散元模型参数的一种优化组合为恢复系数0.57,静摩擦系数0.65,动摩擦系数0.23,JKR表面能4.49。滚动距离和堆积角的误差分别为6.05%、1.28%。【结论】在建立的仿真模型条件下,在8、9、10 km/h作业速度下,犁体仿真试验与实际试验的工作阻力相对误差为5.69%、5.95%、6.49%,建立的模型真实可靠。     

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。     

基于离散元法的水稻种子含水率表征方法

【目的】针对离散元仿真软件EDEM中的输入参数缺少含水率,无法对水稻种子的物理特性进行准确描述的问题,探究表征种子含水率的参数并提出标定方法.【方法】利用圆筒试验法和EDEM仿真试验,找到了1种用颗粒间静摩擦系数来表征水稻含水率的方法,并进行了验证.首先进行了5种不同含水率的水稻种子物理特性试验,验证含水率对水稻种子物理特性的影响,为仿真所需的输入参数提供依据.随后利用圆筒法测量水稻种子堆积角,得到堆积角与含水率的关系,并在EDEM软件中重复该过程,通过单因素重复试验找到对堆积角影响最显著的参数为颗粒间静摩擦系数,得到堆积角与颗粒间静摩擦系数的关系.【结果】颗粒间静摩擦系数为水稻种子含水率的表征参数,其误差小于5%.【结论】在EDEM软件中用颗粒间静摩擦系数表征水稻种子含水率的方法可行,并为其他种子在EDEM软件中含水率的表征提供了思路.     

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。     

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...     

大豆内生细菌的分离及其作用效果研究

为利用内生细菌促进大豆生长发育，从而获得环境友好型生物调控剂，从大豆种子中分离得到优势内生细菌，研究其对大豆生长和生理指标的影响。把大豆种子装入无纺布袋内，在土壤中埋藏10 d后取出，种子表面消毒后在灭菌培养皿中培养，在胚根周围分离得到8株内生细菌，通过初步筛选获得2株具有促生作用的优势内生细菌KC-1和MD12-2，经鉴定分别为侧孢芽孢杆菌（Brevibacillus laterosporus）和枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis），具有产生长素（IAA）和溶解有机磷的能力。使用2.5×10⁷ cfu·mL^-1的KC-1和MD12-2菌液浸种，对种子萌发有着显著促进作用；盆栽试验表明，10×10⁷、5×10⁷ cfu·mL^-1的KC-1和MD12-2菌液浸种，大豆的生长量、叶绿素含量、根系活力、硝酸还原酶活性和根瘤固氮酶活性均显著增加（P<0.05）。     

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。     

种植密度对新疆红花采收部位籽粒品质的影响

【目的】 研究新疆玛纳斯县周边地区不同种植密度对红花不同采收部位籽粒品种的影响,为红花种质资源选择、良种繁育等育种手段提供一定理论支撑。【方法】 选用新疆红花主栽品种新红花4号作为试验材料,设1.5×10⁴、1.6×10⁴、1.8×10⁴、2.0×10⁴、2.2×10⁴株/667m²5个播种密度,3次重复,15个小区处理。在水肥等生长条件均同的情况下,测定不同密度条件下红花籽粒产量与不同部位的分枝数、花球数、籽粒长度、籽粒宽度、籽粒厚度、千粒重、籽粒含油率及脂肪酸含量等性状指标,分析种植密度对新疆红花采收部位籽粒品质的影响。【结果】 不同采收部位籽粒性状存在差异,下部采收红花的千粒重、籽粒含油率及脂肪酸含量等指标均要大于中部和顶端采收的红花籽粒,而顶端采收指标略高于中部采收。不同种植密度下籽粒品质与红花不同部位分枝数量,花球数量呈负相关关系。不同种植密度对红花采收部位籽粒品质及产量形成影响,当种植密度达到2.0×10⁴株/667m²时,红花顶部、中部、下部籽粒千粒重与产量最高,整体品质优势显著。【结论】 新红花4号在玛纳斯县地区的最佳种植密度为2.0×10 ⁴ 株/667m²。在红花的良种繁育及生产实践过程中,应选取科学合理的种植密度,以下部红花籽粒作为繁殖材料。     

基于TDLAS技术测定水稻种子呼吸的初步研究

对水稻种子呼吸产生的CO₂进行实时检测,探究水稻种子呼吸强度与各项活力指标的相关性,为通过呼吸强度测量进行种子活力的无损检测提供实验依据。利用自主设计的基于可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术的种子呼吸检测系统,实时检测种子呼吸产生CO₂气体浓度的变化。选取梦两优黄莉占不同收获期的水稻种子,每个收获期的种子分成2份,一份进行发芽试验获取种子活力指标,另外一份经过消毒、浸泡等预处理后,放入种子呼吸容器中在密闭环境下进行呼吸强度检测。每次连续检测约10 h,每组样本重复测量3次取平均值。水稻种子分别经过0、12、24、36、48 h的浸泡,发现在一定浸泡时间内种子呼吸强度随着浸泡时间的增加而增强。在连续10 h检测后,呼吸强度最高的浸泡时间段是36 h,CO₂气体浓度达到10 151 mg·m^-3,未浸泡的干种子呼吸强度最弱,CO₂气体浓度为388 mg·m^-3;水稻种子呼吸强度与发芽率、发芽势、发芽指数、淹水3 d发芽率、田间出苗率均具有一定的相关性,相关指数最高可达到0.97、0.96、0.97、0.77及0.65。研究表明,梦两优黄莉占水稻种子在浸泡36 h左右可以达到较高的呼吸强度,呼吸强度随着呼吸时间的增加呈现先增长后趋缓状态,种子的呼吸强度与各项活力指标均呈现较高的正相关性。     

不同量黄腐酸配施微生物菌肥对玉米生长、养分积累及苗期光合特征的影响

目的 研究不同量黄腐酸配施微生物菌肥对玉米生长的影响,筛选出最佳用量,为黄腐酸微生物菌肥替代部分化肥提供理论依据。方法 在温室中进行盆栽试验,采取单因素随机区组试验,共设6个施肥处理,测定玉米株高、茎粗、叶绿素值(SPAD)、干物质量、养分积累、苗期光合特征,分析不同用量黄腐酸微生物菌肥对玉米生长的影响。结果 黄腐酸施用量为150~225 kg/hm ²配施15 kg/hm ²微生物菌肥,玉米农艺性状表现最优,当黄腐酸施用量为225 kg/hm ²,植株干物质量和氮磷钾积累量达最大值,干物质量较CK增加28.81 g/株,增幅138.9%,地上部分氮磷钾积累量分别较CK增加138.9%、276.2%和117.8%。FA150处理和FA225处理苗期Pn、Tr、Gs值均高于其他处理。 结论 黄腐酸+微生物菌肥(150 kg/hm ²+15 kg/hm ²)和黄腐酸+微生物菌肥(225 kg/hm ²+15 kg/hm ²)处理可以有效促进玉米生长,养分积累,增强苗期光合作用,最佳施用量为黄腐酸150~225 kg/hm ²配施15 kg/hm ²微生物菌肥。     

玉米种子电磁振动定向装置仿真模型的建立与验证

针对实际电磁振动定向装置进行多因数多水平试验研究时存在周期长、受加工精度影响大等问题,利用ADAMS等软件建立参数化的玉米种子电磁振动定向装置和种子仿真模型,通过试验测定玉米种子与定向滑槽之间的接触参数,系统定义玉米种子与定向滑槽之间的接触。从振动分析、接触力和模型振动效果3方面对该模型进行验证。结果表明:该电磁振动定向装置和玉米种子的仿真模型振动效果符合实际,接触的定义准确,激振力与振幅线性相关,符合实际弹簧片变形规律和电磁振动理论,可以用来代替实际电磁振动装置进行电磁振动下玉米种子姿态翻转与定向传输的模拟仿真试验和优化试验。     

水稻种子浸泡液电导率与种子活力的关系

为明确电导率与种子活力的关系，快速预测种子活力，以23个具有代表性的水稻品种为材料，在40℃、85%相对湿度条件下，分别老化0、14、28、42、56 d，共115个种子样本，形成了宽广的种子活力水平范围，研究电导率与种子活力之间的关系。结果表明，种子(带壳)浸泡液电导率大于糙米(去壳)浸泡液电导率。与种子浸泡液电导率相比，糙米浸泡液电导率与发芽率、发芽势和发芽指数间的关系更密切。然而，糙米浸泡液电导率与发芽率、发芽势和发芽指数间没有明显的函数关系，其线性回归模型R²分别为0.045 2、0.026 3、0.036 7，不宜用来预测种子活力。     

不同滴灌量对荒漠区栽培甘草根品质成分的影响

【目的】 研究不同滴灌量对荒漠地区栽培甘草根品质成分的影响，分析不同滴灌量影响甘草根品质成分的生理机制过程。【方法】 以天山北麓昌吉州荒漠地区栽培甘草为材料，于2019年在新疆农业大学科研实习基地新疆昌吉州三坪农场进行大田试验。设X₀（0 m³/hm²）、X₁（2 500 m³/hm²）、X₂（5 000 m³/hm²）、X₃（7 500 m³/hm²）和X₄（10 000m³/hm²）等5种滴灌水平，检测并分析不同滴灌水平对甘草苗根中甘草酸、甘草苷、多糖、总黄酮和粗蛋白含量的影响。【结果】 当滴灌量控制在2 500~7 500 m³/hm²时有利于甘草根品质成分的积累，随着滴灌量增加品质成分也随着增加，当滴灌量超过7 500 m³/hm²时，5项品质成分含量均明显下降，完全不灌水或过高灌水时均不利于品质成分的积累。【结论】 在荒漠地区滴灌栽培甘草生产中，将滴灌量控制在5 000m³/hm²时，甘草根的甘草酸、甘草苷、总黄酮、粗蛋白和多糖等品质成分表现最优。