基于离散元法的覆土圆盘工作参数优选与分析

在覆土机构中,覆土圆盘工作参数调整不当会造成土壤运输的堵塞,影响覆土机构的输送效率。为解决这一问题,采用离散元法建立了覆土圆盘与土壤的交互模型,分析确定了覆土圆盘的主要工作参数并进行仿真试验。结果表明:在试验范围内,影响覆土圆盘耕作阻力F的因素大小依次为深度h、偏角α、速度ν;影响质量流率qm的因素大小依次为速度ν、偏角α、深度h。当覆土圆盘偏角为40°、深度6cm、速度5km/h时,覆土圆盘在前进方向所受阻力为58.84N,质量流率达到1.65kg/s。该研究可为覆土圆盘工作参数的调整和覆土机构的设计提供理论依据。     

多功能棉花铺膜播种机覆土滚筒设计与应用

铺膜播种机覆土滚筒组是播种机结构中的一个重要部件,也是铺膜播种机作业七道工序的一个末尾作业工序,虽是末尾但它的工作质量直接影响整体铺膜播种机的工作质量。文中阐述了一种多功能棉花铺膜播种机覆土滚筒的结构和工作原理以及在不同棉花种植模式中的应用。     

堆肥滚筒筛工作参数的正交模拟分析——基于离散元理论

为了提高堆肥滚筒筛的工作效率,减小能量损耗,基于离散元理论,对影响堆肥滚筒筛工作效率的主要因素进行三因素三水平正交模拟试验。通过极差分析得到各因素对筛分性能影响的主次顺序,综合分析收集率和筛分率,得到转速32r/min、抄板高度30 mm、倾角5°时滚筒筛分性能最好。对优水平方案的处理量进行6组单因素试验,拟合试验数据表明:滚筒筛处理量为31. 05 t/h时,滚筒筛的利用率最高。     

多功能棉花铺膜播种机覆土滚筒设计与应用探究

在播种机结构中,覆土滚筒具备十分重要的作用,且其也属于铺膜播种机作业工序中的末尾作业工序。虽然其在工序末尾,但工作质量直接影响着整体铺膜播种机的工作质量。本文分析了棉花铺膜播种机的使用流程,指出了多功能棉花铺膜播种机覆土滚筒的工作原理及结构,分析了其在不同棉花种植过程中的具体应用。     

包衣玉米种子离散元参数分析与标定

为确定最优包衣玉米种子离散元仿真接触参数组合,以真实试验和不同参数组合下仿真得到的包衣玉米种子休止角和堆积角的误差为响应值,标定包衣玉米种子离散元仿真参数。采用经典力学理论建立量化描述散体颗粒的运动力学方程,通过分析力学方程确定主要接触参数。通过Central Composite试验建立模型参数与响应值之间的多元二次回归方程,利用遗传算法NSCA-Ⅱ对多元二次方程进行多目标优化,获得最佳包衣玉米种子离散元模型接触参数组合:种间静摩擦因数为0.432、种间滚动摩擦因数为0.082、种间碰撞恢复系数为0.178。结合台架试验和仿真试验,通过斜面滑动试验,得到马齿形玉米种子与有机玻璃间静摩擦因数为0.116 4。验证试验得到堆积角仿真试验结果为27.83°,与实测落种测得堆积角数值之间的误差为1.76%,结果表明,标定的包衣玉米种子离散元模型接触参数准确可靠,可用于离散元仿真试验。     

基于离散元的赤芍移栽接触参数标定

为确定赤芍在移栽过程中的仿真参数以进行离散元仿真试验,以物理试验测量土壤堆积角为基础,选取土壤间的静摩擦因数、滚动摩擦因数、碰撞恢复系数以及土壤的表面能作为试验因素,以土壤堆积角为试验指标,进行四因素三水平离散元仿真试验设计,建立了土壤接触参数与堆积角的回归模型。以实际堆积角值为目标进行了回归模型参数优化。通过实际物理试验完成了赤芍与土壤间的静摩擦系数、碰撞恢复系数、滚动摩擦系数以及碰撞恢复系数的标定。试验结果表明,土壤接触参数近似组合为碰撞恢复系数为0.223、静摩擦因数为0.630、滚动摩擦因数为0.373、土壤表面能为0.340 J/m³,该组合离散元仿真所得土壤堆积角为31.57°,与实际测量结果误差仅为1.2%。赤芍与土壤接触参数为：碰撞恢复系数为0.25、静摩擦因数为0.84、滚动摩擦因数为0.37。研究结果可以为后期移栽离散元仿真分析奠定基础。     

基于离散元的三七种子仿真参数标定与试验

采用逆向工程技术,基于粘结颗粒模型,在EDEM软件中建立了三七种子离散元模型;结合台架试验和仿真试验,在EDEM软件中标定接触参数,通过碰撞弹跳试验、斜面滑移试验和斜面滚动试验,得到三七种子与ABS塑料之间碰撞恢复系数、静摩擦因数和滚动摩擦因数分别为0. 611、0. 473和0. 067;基于二次回归正交旋转组合试验的响应面优化方法,确定EDEM仿真试验中三七种子之间最佳的接触参数,通过堆积试验,得到三七种子之间碰撞恢复系数、静摩擦因数和滚动摩擦因数分别为0. 492、0. 202和0. 083;选取三七精密排种器进行验证试验,以排种器充种合格率、漏播率和重播率作为试验指标,在不同排种轮转速的试验条件下,分别对比试验指标的实测值和仿真值,得到试验指标的相对误差均小于5. 0%,表明该三七种子离散元模型和接触参数可用于离散元仿真试验。     

基于离散元的土壤模型参数标定方法

离散元法(EDEM)建立土壤模型过程中部分土壤颗粒参数直接测量难度较大,若基于间接测量的土壤参数值建立离散元土壤模型进行仿真,导致仿真结果误差较大。本文结合代理模型基本理论,提出一种离散元土壤模型的参数标定及优化方法,步骤如下:根据基本试验测定的参数建立离散元土壤模型;结合堆积角及剪切试验,利用模型仿真进行模型参数敏感性分析;以敏感性参数为变量,以真实试验测量值为目标值构造代理模型;通过高斯-牛顿迭代法进行参数优化。由敏感性分析结果知,代理模型自变量为土壤颗粒半径、颗粒间静摩擦因数及滚动摩擦因数,目标量为土壤堆积角、黏聚力、内摩擦角。以涿州保护性耕作试验站土壤(砂壤土)为原型,经优化建立的土壤模型变量参数值分别为:颗粒半径5.7 mm,颗粒间静摩擦因数0.45,滚动摩擦因数0.21。将建立的离散元土壤模型进行轮胎-土壤相互作用仿真模拟,分析轮胎-土壤接触面最大应力、平均应力,并通过田间试验进行验证,将接触面最大应力值、平均应力的仿真值与实际测量值进行比较,结果表明:虚拟仿真与实测值之间数值差异在5.1%以内,标定优化后的土壤模型能够近似代替真实土壤进行仿真。     

基于离散元的微型马铃薯仿真参数标定

为系统全面地研究微型马铃薯种子离散元仿真物性参数,根据其物料特征创建微型薯模型,以此为基础建立微型薯离散元参数获取模型。利用试验测定及仿真模拟相结合的方法对微型薯颗粒离散元参数进行标定和校准,即以先后建立碰撞恢复系数测定模型、微型薯-钢板摩擦因数测定模型、微型薯颗粒间摩擦因数测定模型的方法,在EDEM中建立仿真试验模型并以所标定的相应离散元仿真参数为自变量,以仿真模型所测定的因素为评价指标,通过在仿真模型中改变自变量获取相应的评价指标值,建立曲线拟合方程,将真实试验模型中对各因素所测定的值作为仿真目标值代入拟合方程中得到微型薯离散元仿真参数并进行了仿真试验验证。求得微型薯种子离散元仿真参数:微型薯-钢板碰撞恢复系数为0.523,微型薯颗粒间碰撞恢复系数为0.478,微型薯-钢板静摩擦因数为0.644,微型薯-钢板滚动摩擦因数为0.022 1,微型薯颗粒间静摩擦因数为0.325,微型薯颗粒间滚动摩擦因数为0.030 0。对标定后的微型薯离散元物性参数进行仿真验证试验,结果表明标定后的微型薯仿真颗粒堆积角以及种子分布情况与真实试验条件相吻合,为微型薯相关播种机具设计和优化提供了理论依据。     

基于离散元的土壤模型参数标定方法

离散元法(EDEM)建立土壤模型过程中部分土壤颗粒参数直接测量难度较大,若基于间接测量的土壤参数值建立离散元土壤模型进行仿真,导致仿真结果误差较大。本文结合代理模型基本理论,提出一种离散元土壤模型的参数标定及优化方法,步骤如下:根据基本试验测定的参数建立离散元土壤模型;结合堆积角及剪切试验,利用模型仿真进行模型参数敏感性分析;以敏感性参数为变量,以真实试验测量值为目标值构造代理模型;通过高斯-牛顿迭代法进行参数优化。由敏感性分析结果知,代理模型自变量为土壤颗粒半径、颗粒间静摩擦因数及滚动摩擦因数,目标量为土壤堆积角、黏聚力、内摩擦角。本文以涿州保护性耕作试验站土壤(砂壤土)为原型,经优化建立的土壤模型变量参数值分别为,颗粒半径为5.7mm,颗粒间静摩擦系数为0.45,滚动摩擦系数为0.21。将建立的离散元土壤模型进行轮胎-土壤相互作用仿真模拟,分析轮胎-土壤接触面最大应力、平均应力,并通过田间试验进行验证,将接触面最大应力值、平均应力的仿真值与实际测量值进行比较,结果表明:虚拟仿真与实测值之间数值差异在5.10%以内,证明标定优化后的土壤模型能够近似代替真实土壤进行仿真。     

基于EDEMpy的枸杞离散元仿真参数标定与试验

为探究枸杞离散元仿真边界参数的最优组合,提高离散单元仿真方法研究枸杞与采收机械作用机理的准确性,提升后续枸杞机械采收设备的研发效率及机械作业性能,选取EDEM中“Hertz-Mindlin with Johnson-Kendall-Roberts”凝聚力接触模型,通过物理试验测量枸杞堆积角、枸杞-钢板静摩擦因数、枸杞-钢板碰撞恢复系数。在物理试验的基础上,采用基于EDEMpy的仿真试验方法对枸杞的接触参数进行试验研究,以枸杞颗粒的静摩擦因数、滚动摩擦因数、碰撞恢复系数、表面能JKR为影响因素,以堆积角为目标进行多因素试验,并建立回归模型。试验结果表明：对枸杞仿真堆积角影响显著的参数为枸杞-枸杞静摩擦因数、枸杞-枸杞滚动摩擦因数、表面能JKR。以实际堆积角为目标值,对回归模型进行优化分析,得到显著性参数最优组合值分别为：枸杞-枸杞静摩擦因数0.506,枸杞-枸杞滚动摩擦因数0.064,表面能JKR0.048,该组合下的仿真堆积角平均值为28.82°,与实际堆积角的偏差小于4%,边界参数标定结果可靠。研究结果可为枸杞离散元模型边界参数的选取提供参考。     

蚕豆物性参数测定与离散元仿真参数标定

采用离散元法对蚕豆与收获机具间的相互作用进行数值仿真研究,实现对蚕豆收获机具关键部件相关参数的设计与优化,以提高研究效率、减少研究成本。为此,通过物理试验对蚕豆基本物性参数、接触力学参数和休止角进行测定,参考物理试验测定结果选取仿真试验参数取值范围。以仿真试验休止角为响应值,由Plackette-Burman(PB)试验得到显著影响休止角的试验参数(蚕豆-蚕豆静摩擦因数、蚕豆-钢板静摩擦因数、蚕豆-钢板滚动摩擦因数),并利用最陡爬坡试验在PB试验基础上得到显著参数的取值范围。采用Box-Behnken(BB)试验在休止角与显著参数之间建立二阶回归模型,以休止角物理试验测定值为目标值,对显著参数进行寻优,获得最优参数组合,即蚕豆-蚕豆静摩擦因数0.25、蚕豆-钢板静摩擦因数0.47、蚕豆-钢板滚动摩擦因数0.35。最后,通过T检验得到P>0.05,表明采用最优参数组合得到的休止角仿真值与实测值相差无几,验证了最优参数组合的可靠性。     

三七茎秆离散元参数标定与试验

针对利用离散元法进行三七联合收获、茎秆杀秧等关键作业过程仿真分析时,三七茎秆本征参数、三七茎秆及作业装备间接触参数缺乏问题,以三七茎秆为对象,利用EDEM软件建立三七茎秆离散元Hertz-Mindlin/Hertz-Mindlin with bonding模型,通过堆积角试验和虚拟仿真试验对三七茎秆离散元参数进行标定,并建立三七茎秆杀秧装置模型。通过力学特性试验确定三七茎秆本征参数;采用圆筒提升法进行三七茎秆堆积角试验,使用Origin软件对堆积角图像进行轮廓拟合得到三七茎秆堆积角为44.53°;设计Placktt-Burman试验、最陡爬坡试验和Central-Composite试验确定三七茎秆及作业装备间接触参数,并利用堆积角试验和剪切试验验证模型的可靠性。结果表明：三七茎秆与作业装备间碰撞恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数分别为0.319、0.25、0.029;三七茎秆间的碰撞恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数最优值分别为0.4、0.29、0.032;Hertz-Mindlin with bonding模型法向刚度K_n为3.26×10⁸...     

基于Tavares模型的多面体棉籽离散元参数标定与试验

针对基于离散元法的棉籽压缩破碎过程中缺少准确仿真模型的问题,本文以新陆早84号棉籽为研究对象,结合物理试验与仿真试验,对棉籽参数进行标定。基于三维扫描技术,使用Solidworks 2022中的网格建模功能,快速建立棉籽多面体模型。采用堆积角试验对棉籽种间参数进行标定,得到棉籽-棉籽碰撞恢复系数、棉籽-棉籽静摩擦因数、棉籽-棉籽滚动摩擦因数的最优参数组合为0.106、0.248、0.105,仿真堆积角与实际堆积角相对误差为0.28%,证明棉籽种间参数准确。通过单颗粒压缩试验对Tavares模型参数进行标定,以棉籽破碎力与破碎能为指标进行验证,结果表明棉籽破碎力与破碎能相对误差分别为2.37%和2.87%,说明构建的棉籽模型和Tavares模型参数可以表征棉籽压缩破碎过程。     

基于离散元的马铃薯分选装置运行参数优化与试验

在马铃薯输送与分选过程中,针对机械损伤引起表皮破损导致储存时极易腐烂变质的问题。通过对马铃薯的碰撞分析确定马铃薯损伤的影响因素,获取分选装置运行参数的取值范围,并以伤薯率为评估指标,以输送带速度、仿形滚轮移动速度、马铃薯滑落落差为试验因素进行离散元仿真分析的二次正交旋转回归试验,分析各因素对评估指标的影响规律。参数优化结果表明,输送带速度为0.32 m/s,马铃薯滑落落差为103.5 mm,仿形滚轮移动速度为0.49 m/s时,最低伤薯率为1.98%。经试验验证,满足马铃薯收获分选时的国家标准和行业标准需求,可为同类型的马铃薯机械的设计和优化提供技术参考。     

基于DEM的玉米秸秆离散元模型参数标定

玉米秸秆外表皮和内瓤的力学特性存在较大差异,为提高玉米秸秆仿真结果的精确度,提出一种基于离散元法(DEM)的玉米秸秆精细化仿真模型建立方法,构建有茎节和无茎节秸秆仿真模型。通过Plackett Burman试验和最陡爬坡试验开展无茎节秸秆模型的单轴压缩仿真试验,确定影响颗粒抗破坏力的因素主要是玉米秸秆外表皮—内瓤滑动摩擦系数、内瓤—内瓤碰撞恢复系数和内瓤—内瓤静摩擦系数,通过正交试验确定最优参数组合为0.28、0.29和0.23。利用有茎节秸秆模型进行剪切试验验证,结果表明仿真试验与物理试验的抗剪切力分别为132.29 N和131.36 N,误差为093 N,说明最优参数组合精确度较高。研究结果可为秸秆还田装置、生物质材料成型和饲料加工装置等关键部件优化设计提供参考依据。     

基于离散元的包膜肥料Bonding模型参数标定

包膜肥料是在粒状水溶性肥料表面涂覆半透水性或不透水性物质,养分通过包膜的微孔、缝隙慢慢释放出来,节肥增效作用显著。包膜肥料的养分释放特性与包膜层材料、结构紧密相关,目前常用的排肥器在排施肥料过程中会对肥料颗粒造成不同程度的机械损伤,导致包膜层破坏。为设计适用于包膜肥料无损排施的排肥器,同时缩短研发周期,采用离散元软件中的Bonding模型建立肥料颗粒仿真模型。为提高仿真精度,需对Bonding模型进行参数标定。首先通过单轴压缩试验得到包膜肥料颗粒的实际极限破碎位移和极限破碎载荷,在离散元软件中以此为目标依次通过Placket-Burman试验、Steepest ascent试验和Box-Behnken试验确定最优的Bonding模型参数组合。最优条件下单轴压缩试验表明,极限破碎位移和极限破碎载荷与实际值的相对误差分别为0.222%、0.554%。借助外槽轮排肥器验证所得标定参数组合的可靠性,以肥料颗粒破碎率为指标,得到实际与仿真中肥料颗粒破碎率相对误差不大于11.40%,满足施肥机械设计参数优化需求,可为研究包膜肥料颗粒机械破碎机理、优化设计无损排施的新型排肥器提供参考。     

基于OpenGL的播种机机械部件离散元法仿真分析

为了提高播种机机械部件仿真的可靠性,克服传统几何仿真的局限性,提出了一种基于OpenGL建模和离散元仿真软件的播种机零部件虚拟设计方法,并以播种机开沟器和排种盘的实验和仿真验证了其可靠性。设计了播种机部件、土壤和种子的离散元建模方法,并设置了仿真模拟参数,通过实验测试了开沟器的力学性能和排种器的漏播率与重播率,最后将其和离散元仿真结果进行了对比。对比结果表明:利用离散元仿真模拟方法与实验测试得到的阻力、漏播率和重播率的结果基本吻合,从而验证了其在播种机部件设计优化中使用的可行性,为播种机部件的优化提供了一种新的设计方法。     

基于离散元的马铃薯收获机波浪形筛面参数优化与试验

针对分段式马铃薯收获机薯土分离环节伤薯率和破皮率较高的问题,在适应国内北方种植模式和农艺特点的条件下,对分离筛后半段采用波浪形筛面薯土减损分离的结构进行优化。在分析影响碎土分离过程和薯块运动特征的关键因素的基础上基于构建的离散元土块和薯块模型,明晰了不同波浪形筛面结构参数和运行参数对碎土分离过程和薯块碰撞特征的影响;同时,结合实际工况,验证波浪形筛面薯土分离减损形式的结构合理性和可行性确定采用振动与波浪形双重分离形式,以期实现较佳的薯土分离和减损效果。试验表明:在2个波峰、2个波谷同等分离行程条件下,波浪形筛面倾角较大时适宜较小的分离筛运行速度,较优的参数组合为波浪形筛面倾角35°、分离筛运行速度1.0 m/s此时伤薯率和破皮率分别为1.31%和1.44%;波浪形筛面倾角较小时适宜较大的分离筛运行速度,较优的参数组合为波浪形筛面倾角15°、分离筛运行速度2.0 m/s,此时伤薯率和破皮率分别为1.46%和1.67%,相关测试指标能够满足作业需求。