收获期油菜薹茎秆双层粘结离散元模型建立与优化

作     者：谢伟 彭磊 蒋蘋 孟德鑫 王修善 XIE Wei;PENG Lei;JIANG Pin;MENG Dexin;WANG Xiushan

作者机构：湖南农业大学机电工程学院长沙410128 智能农机装备湖南省重点实验室长沙410128 

出 版 物：《农业机械学报》 (Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery)

年 卷 期：2023年第54卷第5期

页      面：112-120页

核心收录：

学科分类：0828[工学-农业工程] 08[工学] 

基　　金：湖南省自然科学基金项目(2021JJ40250、2021JJ40249) 湖南省教育厅优秀青年项目(22B0220) 

主　　题：油菜薹 夹持段茎秆 双层粘结模型 参数优化 离散元 

摘      要：针对与油菜薹机械化收获中的切割、夹持输送、打捆等关键环节密切相关的油菜薹茎秆离散元仿真模型缺乏准确粘结参数的问题,以“油蔬两用双低型油菜收获期油菜薹机械化夹持段茎秆为研究对象,利用EDEM仿真软件提出三轴空间坐标法构建油菜薹夹持中段茎秆双层粘结离散元仿真模型。采用Design-Expert软件依次设计了Plackett-Burman试验、最陡爬坡试验和Box-Behnken试验,完成油菜薹夹持中段茎秆仿真粘结参数标定。利用标定的参数优化解构建剪切和径向压缩模型进行相应仿真试验,通过与物理试验对比分析,对模型参数进一步优化。结果表明,内芯-内芯的法向/切向接触刚度、表皮-内芯法向/切向接触刚度,以及表皮-表皮法向接触刚度对茎秆力学性能影响显著,分别为1.94×107、9.56×108、6.28×109N/m;所有力学模型的仿真值与实测值相对误差不大于3%,且茎秆受力变化趋势基本一致,表明标定优化后的参数具有可行性和准确性。所构建的油菜薹茎秆双层粘结离散元模型能表征其内部结构的力学特性差异,可为油菜薹茎秆相关系统的数值模拟研究提供模型基础。