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...     

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...     

油菜籽离散元仿真参数分析及标定

为了获得油菜籽优化的播种参数,采用EDEM软件对油菜籽播种时的颗粒堆积进行模拟仿真,采用MATLAB图像处理技术,对堆积角边缘轮廓进行线性拟合,获得准确的休止角作为响应值,根据休止角响应值对油菜籽离散元仿真参数进行标定。应用筛选试验设计方法对10个初始参数进行筛选,发现油菜籽-油菜籽之间滚动摩擦系数、油菜籽-播种箱板之间相互摩擦系数以及油菜籽-油菜籽之间静摩擦系数对颗粒团休止角影响显著。根据试验结果建立了显著性参数与休止角的回归模型,得到显著性参数的最佳组合为：油菜籽-播种箱板的静摩擦系数0.283、油菜籽-油菜籽滚动摩擦系数0.036、油菜籽-油菜籽静摩擦系数0.284。最后将最佳参数组合下仿真得到的休止角与真实试验值进行对比验证,发现二者无显著性差异（P>0.05）,表明应用响应面优化标定油菜籽离散元仿真中所需的参数是可行的;同时,标定所得的最佳参数组合可为油菜籽离散元仿真参数的选取提供参考。     

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。     

玉米秸秆打捆机打捆关键部件的参数化设计与仿真

为了提高我国玉米秸秆的综合利用率,研发玉米秸秆打捆机械有重要的现实意义。在分析参考国内外相关文献及产品的基础上,结合长胶带和钢辊的优点完成了一种固定式玉米秸秆打捆机打捆关键部件的设计。设计过程中采用Creo Elements/Pro软件完成该部件的参数化设计、应力分析和机构运动模拟仿真。仿真和实验结果表明:参数化设计与仿真可使设计者对产品样机的机构运动特性有更清晰的认识,及时发现并改进设计中的问题,节省样机研制时间,容易实现产品的系列化,节省成本,提高产品开发的成功率。     

不同微生物菌株及其组合处理抑制玉米秸秆霉变效果研究

试验旨在研究产几丁质酶枯草芽孢杆菌BS-1、产酸植物乳杆菌LABP及其组合处理对抑制玉米秸秆霉变效果。试验设置3组,玉米秸秆含水量依次为15%、20%、25%,每组添加BS-1、LABP及其复合菌株处理,以0.5%丙酸为阳性对照,无处理为空白对照。密闭真空保存30 d后开封有氧存放,于存放期内取样测定有氧稳定性、常规营养成分含量,检测玉米秸秆中的霉菌数量变化。结果表明,玉米秸秆霉变初期(15 d以内)DM、Starch含量显著下降,而CP、NDF含量呈上升趋势,对ADF则无显著影响。随霉变程度加重,各常规营养指标变化幅度增加,Starch相对损失率最高。三组相比,当玉米秸秆含水量为20%时,添加107cfu·g-1的BS-1、LABP复合菌液处理在一定程度上抑制玉米秸秆中霉菌生长,增加玉米秸秆有氧稳定性,降低常规营养成分损失率及霉菌总数,效果与0.5%丙酸处理相近;玉米秸秆含水量为25%时,各处理对抑制霉变均无显著效果。     

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。     

甜瓜茎叶不同部位及其与玉米秸秆混合物的厌氧发酵特性

【目的】研究甜瓜茎叶厌氧发酵的产气特性和潜力。【方法】在温度(35±1)℃、总固体含量为80g/kg、菌种比例30%条件下,分别以甜瓜茎、甜瓜叶和甜瓜整株茎叶及其与玉米秸秆的混合物为原料,进行批量厌氧消化试验,测定厌氧发酵过程中日产气量、累积产气量、甲烷体积分数以及TS产气率和VS产气率。【结果】甜瓜茎的TS产气率和累积产气量均最高,分别为297.6mL/g和10 618.5mL,甜瓜叶的TS产气率和累积产气量均最低,分别为235.8mL/g和8 427.5mL,甜瓜整株茎叶的TS产气率和累积产气量居中,分别为256.9mL/g和9 173mL。添加玉米秸秆使甜瓜叶和甜瓜整株茎叶的累积产气量分别增加了22.9%和13.9%,甜瓜茎的累积产气量减少了15%;使甜瓜茎、甜瓜叶、甜瓜整株茎叶的发酵时间分别延长了7,11,10d。【结论】甜瓜茎叶不同部位均具有良好的产气潜力,添加玉米秸秆提高了甜瓜叶和整株的TS产气率,降低了甜瓜茎的TS产气率。