玉米秸秆茎节接触物理参数测定与离散元数值模拟标定  

Determination of corn straw stem node contact physical parameters and calibration of discrete element numerical simulation

作　　者：王新 田海清[1] 肖子卿 李大鹏 任仙国 成翔 刘飞[1] Wang Xin

机构地区：[1]内蒙古农业大学机电工程学院,呼和浩特010018

出　　处：《江苏农业科学》2023年第16期162-170,共9页Jiangsu Agricultural Sciences

基　　金：国家自然科学基金(编号:51765055);内蒙古自治区科技计划(编号:2022YFDZ0024);内蒙古自治区博士研究生科研创新项目(编号:B20210189Z)。

摘　　要：为提高玉米秸秆离散元数值模拟粉碎过程的准确度,本研究以玉米秸秆茎节为研究对象,采用物理试验与数值模拟相结合的方法对玉米秸秆茎节数值模拟参数进行标定。通过接触参数物理测定试验获得秸秆茎节与秸秆茎节、秸秆外皮、秸秆内瓤、钢之间的静、滚动摩擦因数及碰撞恢复系数,以物理试验结果作为数值模拟参数的选择依据,利用Plackett-Burman试验对数值模拟参数进行显著性筛选,结果表明,对数值模拟休止角影响显著的3个参数分别为秸秆茎节-秸秆外皮碰撞恢复系数、秸秆茎节-秸秆内瓤滚动摩擦因数和秸秆茎节-钢滚动摩擦因数。将数值模拟休止角和物理试验休止角的相对误差作为评价指标,进行最陡爬坡试验,确定显著性参数的最优取值区间。基于Box-Behnken试验建立显著性参数与数值模拟休止角的二阶回归模型,以物理试验测定的休止角36.567°为目标值,对模型进行寻优求解,得到的最优参数组合为秸秆茎节-秸秆外皮碰撞恢复系数0.464、秸秆茎节-秸秆内瓤滚动摩擦因数0.293、秸秆茎节-钢滚动摩擦因数0.228。结合标定的参数进行数值模拟验证,得到的休止角与物理试验休止角的相对误差为1.23%,验证了数值模拟标定参数的准确度。研究结果表明,标定的参数可用于玉米秸秆离散元数值模拟粉碎研究,同时也可为涉及玉米秸秆的其他数值模拟试验提供理论参考。

关 键 词：玉米秸秆茎节 休止角 离散元 数值模拟 参数标定 

分 类 号：S817.122[农业科学—畜牧学]