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[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] 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] 沈阳农业大学学报
[作者]
宫元娟 王大龙 白雪卫 邱硕
为建立玉米秸秆散粒体成型离散元模型,以不同压缩参数进行成型试验,利用离散元仿真软件基于内置Burgers模型对压缩过程建立仿真模型,并利用控制变量法针对模型参数设计了5组对照试验,分析颗粒模型微观参数对模型宏观力学行为影响规律。仿真试验结果表明:Maxwell体弹性系数增大时,加载至目标载荷所需位移增加,仿真结束时残余应力增加;Maxwell体黏性系数增大时,加载结束后残余应力增加。Kelvin体弹性系数增大时加载至目标载荷所需的位移减小,仿真结束时残余应力减少。Kelvin体黏性系数增大时加载结束时应力突降值增大,但仿真结束时残余应力减小。摩擦系数主要影响加载至目标载荷所需位移,摩擦系数越大,加载至目标载荷位移越小。依此规律,通过调试微观参数,确定适用于描述样品玉米秸秆散粒体物料的仿真模型参数:Maxwell体弹性系数Em为1.75×105N·m-1,黏性系数ηm为2.6×107N·s·m-1;Kelvin体弹性系数Ek为1.8×104N·m-1,黏性系数ηk为0.7×104N·s·m-1,摩擦系数f为0.5。该参数下仿真模型压缩过程力学曲线与实验室物料压缩试验所得力学曲线吻合;物料填充阶段,力链强度受物料自重影响,载荷开始施加后,强力链主要集中于加载面附近,当施加应力达到0.92MPa时,强力链在成型腔内趋于均匀分布。压缩结束后力链分布特征与实验室物料压缩样品特征吻合,证明了所建立的仿真模型的合理性及模型参数确定方法的可行性,为后续生物质物料成型研究提供了参考。
[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] 南京农业大学学报
[作者]
原建博 李骅 吴崇友 齐新丹 施新新 李超
[目的]离散单元法(discrete element method,DEM)主要用于离散颗粒物料研究领域,非规则形状颗粒建模耗费大量时间,且模型精度对颗粒间的动力学响应特性有较大影响,故本文采用离散单元法研究水稻籽粒快速颗粒建模方法,旨在提高非规则形状颗粒建模效率及精度。[方法]以‘中早39号’早稻籽粒为研究对象,通过非接触式3D激光扫描法重构籽粒3D模型;采用手动填充颗粒建模方法,设置球体坐标、接触半径及物理半径使填充颗粒模型三轴尺寸及体积接近实际籽粒;采用自动填充颗粒建模方法,对籽粒3D模型划分网格及获取网格单元坐标信息,然后通过工程离散单元法(engineering discrete element method,EDEM)中的应用程序编程接口(API)实现多球快速聚合颗粒建模;通过高斯拟合法对自动填充颗粒建模中的填充参数进行优化分析,并通过籽粒自然堆积角仿真与试验对比验证模型精度。[结果]重构籽粒3D模型与实际籽粒对比尺寸误差均在5%以内;手动填充颗粒模型填充球数164个,耗时约25 h,尺寸误差均在5%以上;自动填充颗粒模型填充球数203个,球体物理半径为1.2 mm时颗粒模型最优,耗时约1 h,尺寸误差除厚度外均在5%以下;自动填充颗粒自然堆积角仿真结果与试验结果误差为0.76%。[结论]基于EDEM中API自动填充颗粒建模方法具有高效、精确等优点,为非规则形状颗粒物料的离散单元法研究提供了一种有效的颗粒建模方法。
[期刊] 中国农业大学学报
[作者]
刘春飞 李艳洁 王玉 徐泳
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。
关键词：
螺旋输送机 颗粒 离散元法 仿真 U形筒
[期刊] 中国农业大学学报
[作者]
杨全文 左树春 徐泳
以 VC+ + 6 .0为开发工具 ,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 Open GL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
关键词：
离散元法 模拟 可视化 图形
[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] 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] 中国农业大学学报
[作者]
万里鹏程 李永磊 苏辰 赵虎 董向前 宋建农 王继承
采用EEPA(Edinburgh elssto-plastic adhesion)接触模型模拟土壤耕作特性,探究颗粒球型对土壤离散元模型仿真精度及计算效率的影响。测定了室内土槽土壤的静态堆积角、轴向压力、耕作阻力、耕作堆积角等土壤特性参数,确定并优化了单球土槽土壤离散元模型仿真参数。建立土槽土壤-挖掘犁铲离散元耦合仿真模型并进行仿真参数验证,耕作阻力模拟值与实测值误差为1.70%。以13mm为等效粒径确定了单球、双球、三球、四球等4种土壤颗粒的外形尺寸,采用单球、单球变粒径、双球、三球、四球、多球混合等填充方式建立了6种虚拟土槽,以耕作阻力、耕作堆积角、仿真时间为试验指标开展挖掘犁铲耕作过程仿真试验。试验结果表明:6种虚拟土槽的耕作阻力模拟值与实测值相对误差均小于8%,能够满足耕作阻力模拟要求;耕作堆积角模拟值与实测值相对误差为2.32%～20.32%,单球变粒径、四球、多球混合等虚拟土槽耕作堆积角相对误差均小于10%;单球土槽挖掘犁铲耕作仿真时间约为80.44min,受土壤颗粒填充数量、接触关系及颗粒球型等因素影响,其他填充条件下仿真时间均有显著增加。综合考虑仿真精度及计算效率,土壤耕作阻力模拟时虚拟土槽宜采用单球颗粒填充方式,耕作堆积角模拟时虚拟土槽宜采用四球或多球混合填充方式建立。该研究为土壤-机具互作离散元仿真的建模,EEPA接触模型的参数选择,颗粒球型及填充方法的确定提供了依据和参考。
[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] 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。
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