PDF《机施有机肥散体颗粒离散元模型参数标定》

第34 卷第18 期农业工程学报Vol.

34 No.18

2018 年9月Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Sep.

2018 21 机施有机肥散体颗粒离散元模型参数标定 袁全春,徐丽明 ,邢洁洁,段壮壮,马帅,于畅畅,陈晨(中国农业大学工学院,北京 100083) 摘要:针对有机肥离散元模型接触参数和接触模型参数难以通过查阅文献或试验直接获得的问题,该文提出一种通过 仿真试验建立回归模型并结合物理试验寻优的方法,对有机肥离散元模型参数进行标定.考虑到有机肥颗粒间的凝聚力, 选择 Hertz-Mindlin with Johnson-Kendall-Roberts 接触模型.应用Plackett-Burman Design对有机肥离散元模型参数进行 筛选,得到对休止角有显著影响的参数,即有机肥-有机肥滚动摩擦系数、表面能JKR和有机肥-钢板滚动摩擦系数;

通过 最陡爬坡试验确定了显著性参数的最优值区间, 应用Central Composite Design建立并优化了休止角与显著性参数的回归模 型,以实际休止角为目标,求解得到显著性参数最优值,即有机肥-有机肥滚动摩擦系数为0.10,JKR为0.015,有机肥- 钢板滚动摩擦系数为0.11.在标定的参数下进行仿真验证试验,仿真休止角与实际休止角的相对误差为0.42%,无明显差 异,表明标定的参数准确,可以为有机肥离散元模型参数的选取提供参考. 关键词:模型;

肥料;

离散元;

参数标定;

凝聚力;

休止角 doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2018.18.003 中图分类号:S220.1 文献标志码:A 文章编号:1002-6819(2018)-18-0021-07 袁全春,徐丽明,邢洁洁,段壮壮,马帅,于畅畅,陈晨. 机施有机肥散体颗粒离散元模型参数标定[J]. 农业工程学 报,2018,34(18):21-27. doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2018.18.003 http://www.tcsae.org Yuan Quanchun, Xu Liming, Xing Jiejie, Duan Zhuangzhuang, Ma Shuai, Yu Changchang, Chen Chen. Parameter calibration of discrete element model of organic fertilizer particles for mechanical fertilization[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(18): 21-27. (in Chinese with English abstract) doi: 10.11975/j.issn.1002- 6819. 2018. 18.003 http://www.tcsae.org

0 引言? 随着现代化种植管理技术的提高,人们对果园施肥 机械的要求也越来越高.基于离散元法[1-2] 建立的农业散 体颗粒模型具有较高的准确性,应用离散元法研究有机 肥与施肥机械的作用机理,可以提高研发效率,改善机 械作业性能,为农机具的设计及优化提供理论依据[3-5] . 应用离散元法需要在 EDEM 软件中建立有机肥模型,并 定义模型的参数,模型参数的准确性将直接影响研究结 果的可靠性.模型参数包括材料本征参数(粒径、泊松 比、剪切模量和密度) 、接触参数(碰撞恢复系数、静摩 擦系数和滚动摩擦系数)和接触模型参数(Bonding 模型 的法/切向模量、Johnson-Kendall-Roberts 模型的表面能 JKR 等) .材料本征参数正常是固定的,通常可以通过查 阅文献和试验测定得到;

而接触参数和接触模型参数很 难直接获得,通常需要通过仿真试验进行标定[6] .目前, 在农业工程领域,很多学者在农业散体颗粒的离散元模 型参数标定方面做了大量的工作,但对于有机肥离散元 模型参数标定的研究较少. 王云霞等[7] 基于休止角试验仿真标定了玉米种子间 静摩擦系数和滚动摩擦系数;

刘凡一等[8] 标定了小麦的离 ? 收稿日期:2018-02-01 修订日期:2018-06-12 基金项目:现代农业产业技术体系建设专项资金资助(CARS-29) 作者简介:袁全春,博士生,主要从事生物生产自动化研究. Email:[email protected] 通信作者:徐丽明,教授,博士生导师,主要从事生物生产自动化研究. Email:[email protected] 散元模型参数;