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[期刊] 沈阳农业大学学报
[作者]
侯俊铭 李金澎 姚恩超 白晶波 杨勇 朱红杰
蓖麻蒴果离散元参数难以通过试验或文献直接获得,为获得蓖麻蒴果脱壳过程离散元参数需进行参数标定。以堆积试验为依据,对典型蓖麻蒴果离散元参数进行标定。选用通蓖11号和品种1987进行试验,以蓖麻休止角为响应值,应用PlackettBurman试验对物料离散元参数筛选出显著因素。利用最陡爬坡试验逼近最优参数组合区间,设计中心组合试验,选取最优参数组合。结果表明:通蓖11号的显著因素为蓖麻-蓖麻静摩擦系数、蓖麻-蓖麻动摩擦系数与蓖麻-Q235钢静摩擦系数,3个系数最优组合值分别为0.59,0.04,0.33,虚拟试验休止角平均值与真实值比值为94.48%;1987品种3个系数最优组合值分别为0.44,0.02,0.14,虚拟试验休止角平均值与真实值比值为96.44%。对通蓖11号3个参数进行优化,优化后各系数为0.6,0.05,0.4,此时虚拟试验休止角平均值与真实值比值为98%,仿真程度提高;通蓖11号各系数均大于1987品种,其中蓖麻-蓖麻静摩擦系数占比为0.27、蓖麻-蓖麻动摩擦系数占比为0.60、蓖麻-Q235钢静摩擦系数占比为0.65。3个参数越大,脱壳时的最大速度越小,仿真时间越长,最大压力及脱壳率越大。标定后的参数可为蓖麻蒴果离散元建模及分析提供参考。
[期刊] 中国农业大学学报
[作者]
杨勇 侯俊铭 白晶波 姚恩超 何涛 李金澎
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%。
[期刊] 沈阳农业大学学报
[作者]
陶志影 孙家伟 韩志恒 刘橙 张林 叶鼎承 何金成
为了得到异位发酵床垫料颗粒精准的离散元模型接触参数,以谷壳作为发酵床垫料,对谷壳部分物理参数及其物理力学特性进行测定分析,利用离散元仿真软件进行谷壳堆积角的模拟试验。选用Hertz-Mindlin (no slip)模型作为颗粒之间的接触模型,以堆积角作为评价指标,选取谷壳间的静摩擦系数、谷壳间的滚动摩擦系数及谷壳的剪切模量3个因素,通过单因素试验与三因素三水平正交试验相结合对垫料谷壳颗粒离散元模型参数进行筛选,得到对谷壳堆积角有显著影响的参数,从而来找出最佳参数组合,使得模拟试验中颗粒的堆积角与现实中颗粒的自然堆积角一样,从而建立准确的离散元仿真模型。结果表明:颗粒堆积角影响比较明显的参数有静摩擦系数、滚动摩擦系数和剪切模量3个参数,且静摩擦系数影响最大。剪切模量为3.75e+8Pa,静摩擦系数为0.41,滚动摩擦系数为0.15时,模拟试验的堆积角值与实际谷壳颗粒的堆积角值最为接近。说明试验标定的参数精准,可以为颗粒床离散元仿真建模基本参数的标定提供理论依据,并为翻抛刀具的设计提供研究基础。
[期刊] 中国农业大学学报
[作者]
王龙 贺小伟 胡灿 郭文松 王旭峰 邢剑飞 侯书林
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14MPa，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。
关键词：
包衣棉种 物性参数 离散元 参数标定
[期刊] 华中农业大学学报
[作者]
涂鸣 曹涛 万志华 莫泓滔 张国忠
针对菱角（Trapa bispinosa Roxb.）脱壳初加工装备设计与仿真分析时缺乏有效的离散元模型问题，开展菱角粘结离散元参数标定与样机试验工作。采用三维反求技术获取菱角轮廓模型，测取菱角本征参数及基本接触参数，得到菱角平均剪切力为352.95 N，并以此为标定目标。采用EDEM软件中的Hertz-Mindlin with bonding模型建立菱角离散元模型，通过单因素试验筛选粘结参数标定范围，由二水平析因试验、最陡爬坡试验筛选显著因素及其标定区间，设计响应曲面试验求解粘结参数，确定离散元模型中的最优粘结参数组合，开展旋转剪切仿真试验及样机验证试验。结果显示：仿真得到的菱角脱壳剪切力为352 N，与实际误差为0.269%；菱角剪切刀具为矩形，转速230 r/min时，剪切力最小值为93.20 N，与预测值92.99 N的误差为0.215%；样机试验中矩形刀具在转速为230 r/min时各项性能指标最优，表明建立的菱角离散元模型可靠性。
[期刊] 沈阳农业大学学报
[作者]
金浩 蒋明洋 徐超 沈凯 潘凡达 樊虎 焦凯旋
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，可为工业生产进一步计算柔性片烟在松散润叶装置内的运动提供理论依据。
[期刊] 南京农业大学学报
[作者]
朱惠斌 李镕东 白丽珍 王明鹏 雷丰朗 刘礼源
[目的]针对水稻秸秆不同含水率下离散元参数标定方法通用性不足导致水稻秸秆还田装备数值模拟误差较大的问题，结合物理试验与仿真试验对不同含水率的水稻秸秆进行试验研究。[方法]通过物理剪切试验建立含水率-剪切力模型，模型相关系数0.986；基于水稻秸秆物理特征在EDEM中建立以Hertz-Mindlin with bonding为接触模型的水稻秸秆离散元模型，通过Plackett-Burman试验、爬坡试验和Box-Behnken试验筛选出水稻秸秆离散元显著性参数：粘结键半径、单位面积法向刚度、单位面积剪切刚度。[结果]建立剪切力-离散元模型，模型决定系数为R2为0.984，模型显著（P<0.01）；基于水稻秸秆的含水率-剪切力模型和剪切力-离散元模型构建含水率-离散元模型，采用物理试验与仿真试验对比的方法得到相对误差小于等于5.4%，验证了模型的可靠性。[结论]所标定的含水率-离散元模型可用于不同含水率水稻秸秆的数值模拟，为水稻秸秆的收获、还田、免耕等环节的装置结构设计和优化提供理论依据。
[期刊] 湖南农业大学学报(自然科学版)
[作者]
贺一鸣 向伟 吴明亮 全伟 陈超鹏
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%。
[期刊] 沈阳农业大学学报
[作者]
赵玉清 李诗沫 谢钰 赵伟 陈再兴 张悦
为给云南红壤作业条件下的触土部件设计与优化提供更精准的参数，选用EDEM中Hertz-Mindlin with JKR Cohesion接触模型标定云南地区红壤数值模拟参数。首先，采用物理试验测定红壤的基本物性参数以及接触参数，以物理试验结果为基础，确定仿真试验参数范围，开展Plackett-Burman试验，对仿真试验进行显著性筛选，得到对堆积角影响显著的3个参数：红壤-红壤静摩擦因数、红壤-45~#钢板间恢复系数和JKR表面能。随之设计最陡爬坡试验，优化显著性参数的最优取值范围。之后开展Box-Behnken试验，以红壤在45~#钢板上的堆积角为响应值，对二阶回归方程进行优化，获得最优接触参数组合:红壤-红壤静摩擦系数为0.502、红壤-45~#钢板恢复系数0.464、JKR表面能4.938 J·m~(-2)。最后以最优接触参数组合进行仿真试验，得出结果与物理试验误差为1.7%，无明显差异。此结果表明标定的云南红壤的离散元仿真参数可靠度较高，可为云南地区红壤作业条件下的触土部件的设计与优化提供基础参数。
关键词：
离散元法 参数标定 红壤 堆积角
[期刊] 沈阳农业大学学报
[作者]
刘大为 段佳鹏 陈星宇 熊蒸科 王修善 谢方平
混播制种是当前提高杂交水稻制种效率的有效途径之一。杂交水稻混播制种模式下，可以利用父、母本种子粒形或粒径差异对收获得到的父本、母本种子混合物进行机械化分选。为了进一步完善杂交水稻种子分选机械的设计，以玉针香父、母本种子颗粒模型间的摩擦参数为研究对象，进行种子的堆积角物理试验，并利用EDEM分析软件构建离散元模型，选取滚动摩擦因数和静摩擦因数作为试验因素，进行了预试验和两因素三水平全面仿真试验。利用MATLAB软件对父、母本种子堆积群外轮廓图像进行线性拟合求取堆积角值，并通过多次采样计算相对误差。采用双列排布的方式分别建立父本和母本种子的EDEM多球模型进行仿真试验，取定相对误差最小的试验组P2和Q2的种间滚动摩擦因数为标定值，再通过MATLAB对种间静摩擦因数的取值区间进行插值预测。结果表明：父本的种间滚动摩擦因数和静摩擦因数分别为0.11和0.575，母本的种间滚动摩擦因数和静摩擦因数分别为0.07和0.453。将标定后的摩擦参数进行堆积角验证试验，试验得到父本和母本种子堆积角仿真结果与物理试验结果无显著性差异，父本和母本种子的相对误差分别为0.67%和0.45%，进一步验证了标定试验的可靠性。这表明所建立的杂交水稻父本和母本种子颗粒模型及标定得到的摩擦参数可以为杂交水稻种子分选机械的动态仿真研究提供参考。
[期刊] 南京农业大学学报
[作者]
樊成赛 何瑞银 施印炎 王建林 徐高明
[目的]在有机无机混合肥料仿真试验中，传统参数标定方法待标定参数多，标定过程复杂。本文根据有机肥对无机肥颗粒黏附特性，提出一种新的离散元仿真接触参数标定方法。[方法]利用自由落体碰撞试验、静摩擦试验、滚动摩擦试验对复合小球和钢的接触参数进行校准；设计Plackett-Burmen Design试验、爬坡试验和Box-Behnken响应面试验，得到混合肥料接触模型最优参数，通过堆积角对比试验、有机肥和无机肥混合比例预测试验、撒肥盘颗粒分布对比试验验证最优参数。[结果]复合小球与钢的最优碰撞恢复系数、静摩擦系数和滚动摩擦系数分别为0.323、0.776、0.255；有机肥肥料之间最优碰撞恢复系数、静摩擦系数和滚动摩擦系数分别为0.40、0.70、0.14；有机肥与钢板之间的最优碰撞恢复系数、静摩擦系数和滚动摩擦系数分别为0.44、0.70、0.15；Hertz-Mindlin with JKR模型参数为0.017。最优参数进行对比验证堆积角的相对误差为1.05%，最优参数能预测不同混合比例肥料的堆积角，撒肥盘抛撒试验列分布最大相对误差为35.95%，平均误差15.86%。[结论]试验结果验证了标定方法正确性，同时为后续有机肥-无机肥-机械互作系统研究提供依据。
[期刊] 浙江农林大学学报
[作者]
刘东 刘子昕 王琦 李晓旭 闫承琳
【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及其与设备相互作用的材料模型提供参考。图5表6参27
[期刊] 中国农业大学学报
[作者]
张涛 刘飞 赵满全 刘月琴 李凤丽 麻乾 张勇 周鹏
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/m3;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
[期刊] 沈阳农业大学学报
[作者]
侯俊铭 李金澎 何涛 杨勇 白晶波 姚恩超
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。
关键词：
蓖麻蒴果 破壳力 有限元 破裂机理
[期刊] 中国农业大学学报
[作者]
肖子卿 田海清 张涛 王迪 盛越 李大鹏 刘飞 周建成
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9.052J/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%。
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