基于离散元法的旋埋刀辊功率分配特性研究

旋埋刀辊作业功率是研究旋埋机理、优化刀辊结构的重要指标,研究旋埋刀辊各部件间功率分配特性可分析旋埋刀辊作业功率组成。通过土槽试验对离散元法仿真的土壤颗粒模型输入参数进行标定,对比不同接触模型在旋埋刀辊作业过程仿真中效果,并对不同工作条件下旋埋刀辊的功率分配特性进行单因素试验。结果表明：Hertz- Mindlin接触模型和Hertz-Mindlin with Bonding接触模型中对刀辊扭矩较为敏感的输入参数为土壤-土壤滚动摩擦系数和粘结刚度,验证试验显示上述输入参数标定的平均误差小于6.5%;对比两种接触模型的仿真效果,Hertz-Mindlin with Bonding接触模型因引入额外粘结力,与实测值平均误差仅为0.7%,更适合对黏土进行仿真;旋埋刀辊作业功率超过一半来自螺旋横刀,不同工作条件下螺旋横刀功率均占刀辊总功率60%左右,且受前进速度、刀辊转速和耕深影响更大;由旋埋刀辊功率分配特性可知,螺旋横刀对刀辊总功率影响较大,应作为旋埋刀辊减阻降耗研究的重点。     

颗粒离散元法的微机可视化程序设计

以VC十十6．0开发工具，将UNIX环境下的离散元程序进行了移植和改造，研制出在微机WINDOWS环境下的离散元仿真程序。程序的计算和控制部分采用混合编程、动态链接及多线程编程技术，在可视化图形程序设计中成功地引进了0penGL图形库，实现了图像资料直接打印和保存。使用上述程序模拟了急刹车情况下车载散体与车厢的相互作用，表明新程序的操作和图形显示界面友好，效率很高。     

土壤试样单轴压缩试验与离散元法模拟对比研究

土壤是典型的松散介质,利用粘连的颗粒离散元模型模拟土壤聚团的行成及破裂一直是散体力学的热点之一。本研究详细描述了利用带粘连的颗粒离散元模型制备土壤聚团的方法,利用粘连颗粒离散元模型对土样单轴压缩试验进行数值模拟分析,将模拟结果与试验结果进行对比分析。结果表明:试验与模拟得到的压缩曲线走势吻合,均呈拟线性上升,达到峰值后光滑下降;试验和模拟得到的土壤压缩时的强度极限分别为21.5和24 kPa,模拟值高于试验值11.6%。     

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。     

基于堆积试验的壤土离散元参数的标定

为获取南方地区黏弹性壤土颗粒离散元接触模型的本征物理参数和接触力学参数,建立其用于离散元仿真的接触模型。以试验测定的堆积角为40.95°的壤土为研究对象,选取Hertz–Mindlin with JKR接触模型,通过实测试验获取壤土的本征物理参数值;借助GEMM数据库推荐的土壤接触力学参数初选范围,通过最陡爬坡试验得到接触力学参数值的最优值区间。利用Design–Expert软件对最优值区间的接触力学参数进行4因素3水平二次正交旋转组合试验,获取堆积角回归模型,以实测土壤堆积角40.95°为目标,对回归模型进行接触力学参数寻优,得到接触力学参数的最优组合为:JKR表面能13.05 J/m2,恢复系数0.5,动摩擦因数0.15,静摩擦因数1.06,该最优组合参数仿真堆积角均值为41.07°,与实测堆积角误差为0.3%。     

基于离散元法的BS-1200型宝塔菜收获机锥形滚筒分离效果研究

[目的]提高BS-1200型宝塔菜收获机锥形滚筒分离清选能力.[方法]采用离散元法对锥形滚筒进行宝塔菜分离清选仿真模拟,通过对比分析土壤颗粒与宝塔菜颗粒的不同运动参数,以及宝塔菜颗粒的运动轨迹,探讨锥形滚筒分离过程的理论依据.[结果]仿真结果表明:该锥形滚筒分离效果良好,土壤颗粒与宝塔菜在整个分离过程中各项运动参数差异...     

基于离散元法的勺轮式排种器性能仿真分析

为研究勺轮式排种器在播种玉米时出现的单粒播种、重播和漏播等不同情况,建立了其离散元模型,对以上3种运动过程进行了仿真分析。分别建立了播种合格率、重播率、漏播率和递种起始角、排种盘转速之间的回归方程式,为排种器的研究提供了一定的参考,并通过试验台试验验证其可行性;同时,试验结果表明:当递种起始角为2°、11°或20°时,排种效果较优时的排种盘转速为26.46 r·min~(-1),合格指数最高可达94.54%;当递种起始角为29°或38°时,排种效果较优时的排种盘转速为34.02 r·min~(-1),合格指数最高可达92.21%。     

考虑颗粒间黏结力的黏性土壤离散元模型参数标定

【目的】实现黏性土壤离散元模型的接触参数与接触模型参数标定。【方法】基于土壤堆积角物理试验结果,采用考虑颗粒间黏结力的"Hertz-Mindlin with JKR"接触模型进行土壤堆积角仿真试验,借助GEMM(Generic EDEM material model database)数据库获得离散元模型关键参数(包括JKR表面能、恢复系数、静摩擦系数与动摩擦系数),进一步运用Box-Behnken试验方法进行堆积角仿真试验。【结果】通过对试验结果进行多元回归拟合分析获得了堆积角回归模型,回归模型的方差分析表明该模型极显著,试验因素对堆积角的影响为二次多项式,且存在复杂的一次与二次交互作用。以堆积角40.45°为目标对回归模型进行寻优,得到了优化解:JKR表面能7.91J·m-2;恢复系数0.66;静摩擦系数0.83;动摩擦系数0.25。以此优化解进行仿真试验获得的堆积角为39.73°。堆积角仿真试验与物理试验在堆积角度和形状上具有较高的相似性。【结论】可利用该优化参数对样品土壤进行进一步的黏性土壤与触土部件间的离散元仿真,从而揭示黏性土壤在触土部件作用下的运动规律。     

土壤行为的离散元研究

离散元在研究非连续物质上有着不可替代的优越性。本文介绍了离散元研究土壤行为的意义、现状及存在的问题,重点探讨了离散元在土壤颗粒建模时模型的选择、改进及参数的选择,以期对后续的研究有所帮助。     

基于离散元法立式螺旋开沟器开沟质量的评价

为了定量评价立式螺旋开沟器的开沟质量,构建立式螺旋开沟器与土壤相互作用的三维离散元模型,土壤颗粒之间选用Hertz-Mindlin with Bonding模型,以转速180 r/min、前进速度0.027 m/s模拟开沟1.88 m,利用EDEM软件Analyst模块中的标尺、查询等工具对开沟质量指标进行定量测定,结果表明沟型整齐,平均开沟宽度29.4 cm,平均开沟深度31.7 cm,开沟深度稳定性为87.32%,沟底浮土6.924 kg/m,直观给出沟两侧抛土量的分布图.开沟质量符合《田间开沟机械作业质量》(NY/T 740-2003)的要求,为立式螺旋开沟器的参数优化奠定了基础.     

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%。     

基于离散元法的螺旋式排肥器性能模拟试验

为提高螺旋式排肥器对颗粒肥料的排肥稳定性与均匀性,采用离散元仿真软件EDEM对排肥器结构参数进行数值模拟并进行仿真试验,分析螺旋叶片直径、螺距和排肥轴转速对排肥器排肥性能的影响,获得排肥器工作参数与排肥量和排肥稳定性变异系数的回归数学模型。仿真试验结果表明:影响螺旋式排肥器排肥量的因素主次依次为排肥轴转速、螺距、螺旋叶片直径,排肥量最大为221.2 g/s,最小为54.76 g/s;影响排肥稳定性变异系数的因素主次依次为排肥轴转速、螺距、螺旋叶片直径,通过Design–Expert 8.0进行参数优化,确定排肥器最优参数组合,即螺旋叶片直径100 mm、螺距60 mm、排肥轴转速15 r/min,此时排肥稳定性变异系数达到最小值,为8.48%,排肥器排肥性能较为稳定均匀。     

稻谷颗粒模型离散元接触参数标定与试验

EDEM与FLUENT耦合模拟稻谷清选时,稻谷颗粒参数设置的准确性直接影响仿真结果的可信度。结合稻谷颗粒堆积角的实测试验与仿真试验,标定了稻谷颗粒模型间静摩擦系数、滚动摩擦系数2个主要接触参数。设计了堆积角形成装置,该装置采用坍塌法和注入法同时形成2种堆积角,可以减小非同时形成所引起的测量误差;创建了稻谷颗粒的离散元模型,结合堆积角的实测试验与仿真试验,建立了2个主要接触参数与2种堆积角之间的二元回归方程;以稻谷颗粒2种堆积角的实测结果作为目标值,对回归方程进行数值求解,得到颗粒模型间的静摩擦系数、滚动摩擦系数分别为0.433 6、0.161 5;设计了抛洒试验对标定后的参数进行验证,抛洒长度、宽度和近抛洒端堆积角等特征参数的实测结果与仿真结果的相对误差小于5.7%,这表明颗粒的模拟运动轨迹与实际运动轨迹基本一致,所创建的稻谷颗粒离散元模型及标定得到的接触参数可以为EDEM-FLUENT耦合仿真稻谷清选过程提供参考。     

基于离散元法的柔性片烟建模及仿真参数标定

为确定片烟在离散元仿真模拟中的合理模型参数取值,更好地计算出片烟在松散润叶设备中的复杂运动,基于离散元软件（Rocky DEM）,创建了与以往球形黏结刚性颗粒模型不同的柔性片烟壳体模型,并分析了柔性片烟壳体模型形变特点。以物理和仿真试验的堆积角为对比对象,选取“Hysteretic Linear Spring”法向接触模型、“Linear Spring Coulomb Limit”切向接触模型以及“Constant Adhesive Force”黏附力模型,对仿真接触参数进行标定。再通过对片烟本征参数测定、查阅文献及Rocky DEM说明手册,分析得到了片烟的离散元参数取值范围,设计Plackett-Burman、最陡爬坡以及Box-Behnken试验,确定了影响柔性片烟堆积角的显著性参数以及堆积角的拟合方程。以堆积角物理试验35.83°为目标值,得到显著性参数的最优解：片烟与片烟间静摩擦系数为0.67,片烟与片烟间滑动摩擦系数为0.31,片烟与片烟黏间黏附力系数为0.2,其余非显著性参数取平均值。仿真试验与物理试验相对误差为0.78%,从而验证了模型的准确性与真实性,可为工业生产进一...     

基于离散元法的油菜移栽垂直入土式成孔部件参数优化

针对南方稻田前茬秸秆存量多、土壤黏重导致油菜移栽机成孔部件作业阻力大、孔穴形态不稳定的问题,对自主研制的履带式油菜苗移栽栽植孔成型机构的锥刺直径、锥尖倒角、入土深度进行单因素、多因素离散元仿真试验。结果显示:成孔部件的锥刺直径、锥尖倒角、入土深度对锥刺入土的有效深度及入土阻力有显著影响,且存在显著的交互作用;多因素仿真试验的最优参数为锥刺直径52 mm、锥尖倒角40°、入土深度86.30 mm。对最优参数得到的锥刺进行EDEM仿真和室内土槽对比试验,结果 EDEM仿真与土槽试验锥刺入土阻力变化趋势一致,孔形有效深度分别为55.4 mm和56.6 mm,误差率为2.1%;锥刺入土阻力分别为57.5 N和54.7 N,误差率为4.9%。     

基于离散元法的茶园松土装置结构的优化与仿真试验

针对目前大多数茶园松土装置使用的旋耕刀区域针对性不强,不适用于南方山地丘陵地形,耕作效果不佳、耗能大、土壤保墒能力差等问题,应用离散元法对旋耕刀的工作过程进行动力学仿真和结构优化.以福建山地茶园土壤为试验样本,采用Hertz-Mindlin with Bonding模型作为土壤颗粒间的接触模型;以弯刀的正切面折弯角、弯曲半径和单刀切削幅宽为试验因素,设计三因素六水平的均匀试验,进行旋耕刀—土壤动力学仿真试验,以旋耕转轴扭矩和土壤扰动系数为评价指标.仿真试验结果表明,在折弯角128°、弯曲半径20 mm、单刀切削幅宽36 mm条件下,转轴扭矩值和土壤扰动系数都较小.     

基于离散元法的分层施肥靴参数优化与试验

为实现一次性满足作物不同生长时期对肥料的需求,提高肥料的利用率,设计一种分层施肥靴。通过理论计算确定其主要结构参数,利用离散元法对肥料分层过程进行仿真试验,并结合响应面分析法得出分层施肥靴结构参数及运行条件的最佳组合;设计台架试验检验上下两层肥料的分肥比例,进行田间试验对仿真分析结果进行验证。结果表明:圆杆数量对肥料分层效果影响极显著(P0.01),行进速度对肥料分层效果影响显著(P0.05),圆杆直径对肥料分层效果影响不显著(P0.05)。确定最优组合参数为:圆杆数量6根,圆杆直径4mm,行进速度6.04km/h,此条件下上下两层肥料距离的变异系数为4.57%;在不同施肥量条件下,上下两层肥量比为4∶6,变异系数的仿真值与试验值相对误差不超过4%,证明利用离散元法对分层施肥装置进行参数优化具有可行性。该研究为精准对行分层施肥机的改进提供了参考,对推动新疆精量减肥具有一定的意义。     

耕作土壤的离散元法研究

耕作土壤本身是由土壤颗粒、气体、液体组成的多相复杂颗粒团聚体,是一种典型的离散颗粒物质。而离散元法是研究散粒体的一种数值模拟方法,对耕作土壤与机械相互作用的过程研究具有明显的优势。本文介绍了离散元法及其在耕作土壤动力学方面的应用,阐述了运用离散元法进行农机部件仿真模拟的过程,指出了耕作土壤离散元模型的优点及目前存在的问题。     

U形筒螺旋输送机输送颗粒物料的离散元仿真

采用试验与离散元模拟相结合的方法,对U形筒和圆形筒螺旋输送机输送颗粒物料的动态过程进行对比研究。结果表明:1)U形筒和圆形筒螺旋输送机输送颗粒时都存在质量累积波动现象,波动现象都随着螺旋叶片的转速、螺旋输送机的倾斜角度增加逐渐减弱;2)螺旋输送机的倾斜角度在0~45°时U形筒的效率大于圆形筒,当倾斜角度超过60°后圆形筒效率超过了U形筒,另外输送效率并非随螺旋叶片的转速增加线性增大,而是当转速增大到一定值后趋于稳定;3)对比U形筒和圆筒螺旋输送机工作时颗粒在所受挤压力,位于进料口处颗粒受力最大,且在进料口处圆筒螺旋输送机大于U形筒,转速增加颗粒受力趋稳。