水稻秸秆离散元柔性模型参数标定与试验验证

作     者：夏俊芳 张朋 苑宏文 杜俊 郑侃 李宇飞 XIA Junfang;ZHANG Peng;YUAN Hongwen;DU Jun;ZHENG Kan;LI Yufei

作者机构：华中农业大学工学院武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070 

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

年 卷 期：2024年第55卷第9期

页      面：174-184页

核心收录：

学科分类：0828[工学-农业工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(32101625、32271994) 中央高校基本科研业务费专项(2662023GXPY004) 

主　　题：水稻秸秆 离散元 参数标定 切割 旋耕 

摘      要：针对秸秆还田机具关键部件设计优化过程中秸秆-刀具互作关系分析缺乏准确秸秆离散元模型的问题,本文以水稻秸秆为研究对象,基于Hertz-Mindlin with Bonding接触模型,采用颗粒替换方式构建水稻秸秆离散元柔性模型,开展了离散元接触模型参数标定与多工况试验验证。通过物理试验测定了水稻秸秆摩擦因数,以秸秆弯曲试验测得最大载荷作为参数标定试验指标,通过Plackett-Burman试验和最陡爬坡试验筛选柔性模型显著性因素及其最优值范围,并由Central-Composite试验确定了显著性因素的最优值组合为:法向接触刚度3.040×10^(10)N/m^(3)、切向接触刚度2.296×10^(10)N/m^(3),该标定参数值所得最大载荷仿真值与实测值相对误差为1.82%,表明标定参数有效。通过刀具弯曲试验和旋耕刀旋转切割试验验证上述标定方法在不同工况下的有效性,刀具弯曲试验中仿真所得最大载荷与实测最大载荷相对误差不大于4.55%,旋耕刀旋转切割试验中仿真所得最大扭矩与实测最大扭矩相对误差不大于7.95%,研究结果表明,以弯曲试验参数标定法构建的水稻秸秆柔性模型在秸秆弯曲试验和旋耕刀旋转切割过程仿真中均准确有效,适用于旋耕作业条件下仿真分析,可为秸秆还田机具旋耕部件优化设计提供参考。