西南区坡耕地紫色土离散元模型参数标定

土壤离散元模型是离散元法研究土壤与触土部件相互作用的基础。为了获得西南区坡耕地紫色土离散元模型,本文基于堆积试验,采用EDEM2020软件中的Hertz-Mindlin with JKR接触模型,以休止角为响应值,结合土壤本征参数实测试验,对模型参数进行标定。实测参数包括土壤密度、含水率、休止角、粒径分布、颗粒-颗粒静摩擦系数、颗粒-45钢静摩擦系数,利用Origin2021b软件图像数字化工具处理图像,得到实际休止角为34.11°,变异系数为0.452%。利用Design-Expert11软件设计了Plackett-Burman试验,对影响拟合休止角的9个参数进行筛选,得到4个影响显著参数,即颗粒表面能、颗粒-颗粒滚动摩擦系数、颗粒-45钢静摩擦系数、颗粒-45钢滚动摩擦系数。设计最陡爬坡试验进一步缩小模型参数取值范围,设计Box-Behnken试验,对模型进行分析优化,得到4个参数最优组合,即颗粒表面能0.134 J/m²,颗粒-颗粒滚动摩擦系数0.231,颗粒-45钢静摩擦系数1.045,颗粒-45钢滚动摩擦系数0.228。结果表明,仿真休止角与实际休止角相...     

蓝亚麻蒴果离散元模型仿真参数标定

【目的】对蓝亚麻蒴果离散元模型仿真参数进行标定.【方法】通过查阅文献法、物理试验法测定了蓝亚麻蒴果的基本物理参数(千粒质量、含水率、三轴尺寸、密度、泊松比、剪切模量)和接触力学参数(碰撞恢复系数、静摩擦系数和滚动摩擦系数)的取值或取值范围.以物理试验法测定的各参数为仿真试验参数选择依据,利用Minitable18软件进行Plackett-Burman试验设计,对物理试验法粗测得的参数进行显著性筛选;进一步以实际休止角与仿真试验休止角的相对误差作为评价指标,对显著性参数进行最陡爬坡试验,通过仿真逼近预测法对显著性参数进行寻优.最后,以较优参数组合进行仿真试验验证,测得对应仿真试验休止角,并与实际休止角进行对比.【结果】Plackett-Burman试验结果表明:蓝亚麻蒴果间的滚动摩擦系数对仿真试验蒴果休止角影响显著;由最陡爬坡试验结果可得蓝亚麻蒴果间的滚动摩擦系数为0.18;仿真试验验证结果表明:仿真试验休止角与实际休止角相对误差为0.95%.【结论】应用上述各方法及优化试验来标定蓝亚麻蒴果离散元模型仿真参数是可行的.     

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...     

胶园植保硫磺粉颗粒离散元模型参数标定

【目的】白粉病是影响橡胶树天然橡胶产量的重要病害,常使用硫磺粉进行防治。为确定胶园植保过程中喷施硫磺粉颗粒的离散元仿真参数,对硫磺粉粉体的离散元参数进行标定。【方法】通过BT-1000型粉体综合特性测试仪进行物理试验获取硫磺粉休止角,测量多次取平均值。以休止角为响应值,应用Plackett-Burman试验筛选出对休止角影响显著的3个参数,进一步基于最陡爬坡试验确定显著性参数的最优取值区间,并通过BoxBehnken试验建立并优化休止角与显著性参数的二阶回归模型,以物理试验休止角为目标值,对显著性参数寻优得到最佳组合。【结果】经过物理试验测得的硫磺粉休止角大小为48.56°。通过Plackett-Burman试验筛选出的3个影响显著参数为：硫磺粉-硫磺粉滚动摩擦系数、硫磺粉-不锈钢滚动摩擦系数和JKR表面能,其余影响不显著的参数取值：硫磺粉-硫磺粉恢复系数为0.2、硫磺粉-硫磺粉静摩擦系数为0.6、硫磺粉-不锈钢恢复系数为0.2、硫磺粉-不锈钢静摩擦系数为0.5。最陡爬坡试验确定的最优取值区间：硫磺粉-硫磺粉滚动摩擦系数为0.1～0.2、硫磺粉-不锈钢滚动摩擦系数为0.15～0.35、...     

三七种苗物料特性研究及离散元法参数标定

对三七种苗平均质量、密度、休止角、剪切模量、弹性模量、泊松比、静摩擦系数、动摩擦系数等物理特性进行测量,通过理论计算确定其移栽机各关键部件结构参数并通过CAE技术进行优化。结果表明:种苗与种苗之间静摩擦系数及滚动摩擦系数为关键参数;通过离散元软件EDEM进行休止角虚拟正交试验对关键参数的标定,确定当种苗与种苗间静摩擦系数为0.70、滚动摩擦系数为0.15时,仿真结果与实际试验结果偏差最小。     

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。     

蓖麻蒴果力学特性试验及仿真研究

为探究蓖麻蒴果破壳力变化规律及破裂机理,以1987品种、通蓖7号、通蓖9号及通蓖11号为研究对象,首先计算其球度,并采用WDW-2型微机电子万能试验机进行准静压力学特性试验,测得4个含水率下的蓖麻蒴果在顶部加载及中部加载下的破壳力,并根据试验结果将破壳过程分为达到破壳力、外种皮破裂及籽粒破损三个阶段。试验结果表明:品种对球度无显著影响;品种对破壳力有显著影响,1987品种蒴果破壳力最小,通蓖7号及通蓖11号次之,通蓖9号最大;含水率对破壳力有极显著影响,破壳力与含水率呈二次曲线关系;加载方式对破壳力有显著影响。其次将蓖麻蒴果视为球体,计算其在51.26N的作用下球心应力为0.80MPa。最后以通蓖11号蒴果为例,对破壳各阶段进行有限元分析。结果表明:顶部加载下达到破壳力时室与室结合破坏,在内侧形成缺口,外种皮破裂时裂纹在缺口处延伸,单室蒴果在法向最大轴线处种皮破裂,籽粒破损时籽粒裂纹在法向最大轴线处形成;中部加载下达到破壳力时,外种皮破裂阶段与顶部加载相同,籽粒破损阶段裂纹出现在切向最大轴线处。仿真分析得到的裂纹与试验结果一致,中心点处应力计算值与仿真结果比值为1.17。研究结果可为蓖麻蒴果脱壳机关键部件的设计提供参考。     

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。     

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...     

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。     

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。     

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。     

生物炭基肥离散元模型参数标定与试验

生物炭基肥料是近年来新兴的一种农业投入品，然而生物炭基肥料还田施用的机械化程度尚属较低水平。为促进生物炭基肥料机械化还田的理论和实践发展，寻求最优生物炭基肥离散元模型接触参数组合，指导生物炭及炭基肥料还田机械的设计和试制，提出了一种真实试验与仿真试验结合的方法，对生物炭基肥颗粒数学模型开展研究，验证数值方法的适用性和准确性。以生物炭颗粒堆积角的实际测量值为目标值，通过物料特性研究了创建法向力、切向力和附着力接触模型，利用离散元仿真软件ESSS Rocky DEM对生物炭基肥颗粒离散元参数进行标定，设计Placket-Burman试验获取对堆积角有显著影响的参数，通过最陡爬坡试验得到显著因素参数区间，最后通过Box-Behnken试验优化参数组合。结果表明：生物炭基肥料颗粒粒径占比2mm为35%,3 mm颗粒占比为42%,4 mm颗粒占比为23%，颗粒平均含水率为5%，测得炭颗粒堆积角实际值为23.65°；对炭基肥颗粒接触参数有显著影响的因素为炭—炭滚动摩擦系数、炭颗粒表面能JKR以及炭—钢滚动摩擦系数，最优化参数组合为炭—炭滚动摩擦系数0.36、炭颗粒表面能0.30、炭-钢滚动摩擦系数...     

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...     

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。     

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...