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三七茎秆离散元参数标定与试验

农业机械学报 2023年第11期54卷 61-70,91页

作者：张兆国徐红伟薛浩田倪畅王超昆明理工大学现代农业工程学院昆明650500 云南省高校中药材机械化工程研究中心昆明650500 电子科技大学宜宾研究院宜宾644000

针对利用离散元法进行三七联合收获、茎秆杀秧等关键作业过程仿真分析时,三七茎秆本征参数、三七茎秆及作业装备间接触参数缺乏问题,以三七茎秆为对象,利用EDEM软件建立三七茎秆离散元Hertz-Mindlin/Hertz-Mindlin with bonding模型,通... 详细信息

针对利用离散元法进行三七联合收获、茎秆杀秧等关键作业过程仿真分析时,三七茎秆本征参数、三七茎秆及作业装备间接触参数缺乏问题,以三七茎秆为对象,利用EDEM软件建立三七茎秆离散元Hertz-Mindlin/Hertz-Mindlin with bonding模型,通过堆积角试验和虚拟仿真试验对三七茎秆离散元参数进行标定,并建立三七茎秆杀秧装置模型。通过力学特性试验确定三七茎秆本征参数;采用圆筒提升法进行三七茎秆堆积角试验,使用Origin软件对堆积角图像进行轮廓拟合得到三七茎秆堆积角为44.53°;设计Placktt-Burman试验、最陡爬坡试验和Central-Composite试验确定三七茎秆及作业装备间接触参数,并利用堆积角试验和剪切试验验证模型的可靠性。结果表明:三七茎秆与作业装备间碰撞恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数分别为0.319、0.25、0.029;三七茎秆间的碰撞恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数最优值分别为0.4、0.29、0.032;Hertz-Mindlin with bonding模型法向刚度Kn为3.26×10^(8)N/m^(3)、切向刚度Ks为2.17×10^(8)N/m^(3)、法向临界应力σ为2.27 MPa、切向临界应力γ为9.65 MPa、粘结半径Rd为0.1 mm;堆积角验证试验中相对误差为0.29%;剪切验证试验中相对误差为1.52%,误差较小。三七茎秆离散元模型与实际情况基本一致,三七茎秆模型和标定离散元仿真参数可靠,可为三七茎秆离散元仿真研究提供参考。

关键词：三七茎秆离散元法参数标定

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基于多源数据融合的公交车辆跟驰模型

长安大学学报（自然科学版） 2023年第4期43卷 95-105页

作者：郝新军续宇洁卢永淳吉灿于少伟西安财经大学管理学院陕西西安710100 长安大学运输工程学院陕西西安710086 长安大学信息工程学院陕西西安710086

针对目前缺少公交车辆跟驰模型参数和单一数据采集方式无法获取完整车辆跟驰过程数据的问题,提出一种基于多源数据融合的公交车辆跟驰模型,采用实测数据进行参数标定和模型验证。通过移动GPS数据采集设备随车采集车辆的运动轨迹和无人... 详细信息

针对目前缺少公交车辆跟驰模型参数和单一数据采集方式无法获取完整车辆跟驰过程数据的问题,提出一种基于多源数据融合的公交车辆跟驰模型,采用实测数据进行参数标定和模型验证。通过移动GPS数据采集设备随车采集车辆的运动轨迹和无人机空中悬停俯拍采集公交车辆的停车间距,并进行数据融合处理得到完整过程的公交车辆跟驰行驶数据;通过引入均方误差指标来衡量实际测量值与模型仿真值之间的差异,将公交车辆跟驰模型的参数标定问题转化为一般优化求解问题;通过对实测数据进行统计分析,获取公交车辆的平均停车间距参数;采用粒子群优化算法对智能驾驶跟驰模型中的舒适制动减速度和加速度系数2个参数进行求解,得到模型的最优参数;将验证集中的实测数据与模型仿真值进行对比,对模型参数的效果进行验证,并以厦门快速公交走廊的车辆多编组运行控制为例,对跟驰模型的效果进行进一步的验证,其中头车采用速度优化模型进行控制,跟随车辆则采用上述标定的公交车辆跟驰模型进行控制。研究结果表明:公交车辆跟驰模型生成的数据曲线与实测数据曲线基本一致,跟随车辆与头车在路段上行驶和车辆进出站2个阶段的运动轨迹曲线基本一致,符合车辆跟驰模型的跟随性,进一步证明了提出标定模型参数的有效性。

关键词：交通工程智能交通车辆跟驰模型参数标定公交车辆多源数据融合

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温室劣苗基质离散元仿真参数标定

农业机械学报 2023年第12期54卷 359-366页

作者：王小琴俞高红刘霓红童俊华王钦源浙江理工大学机械工程学院杭州310018 浙江省种植装备技术重点实验室杭州310018 广东省现代农业装备研究所广州510630

穴盘育苗中劣质钵苗会影响后期种苗移栽成活率,现有机械式剔除存在颗粒散落遗漏现象,而气吸式剔除方式则可以很好地弥补这一缺陷。为解析钵苗基质气吸式剔除的机理,本文开展离散元仿真的参数标定试验。选取100 g基质进行粒径分布检测,... 详细信息

穴盘育苗中劣质钵苗会影响后期种苗移栽成活率,现有机械式剔除存在颗粒散落遗漏现象,而气吸式剔除方式则可以很好地弥补这一缺陷。为解析钵苗基质气吸式剔除的机理,本文开展离散元仿真的参数标定试验。选取100 g基质进行粒径分布检测,采用漏斗静置,基于图像处理获取基质两侧实际堆积角,通过Plackett-Burman实验确定影响基质堆积角的4个因素;通过最陡爬坡实验确定显著因素最大响应区域;依据Box-Behnken实验建立二阶回归模型并求解最佳参数组合。结果表明,在不显著因素取中间值时,当基质颗粒-颗粒碰撞恢复系数为0.142、基质颗粒-颗粒滚动摩擦因数为0.097、基质颗粒-不锈钢静摩擦因数为0.223和基质JKR表面能为2.325 J/m^(2)时,所得仿真堆积角φ为33.4°,与实际堆积角θ为34.19°的相对误差为2.31%,满足试验需求,所得标定参数可用于钵苗基质的离散元仿真。

关键词：劣苗温室基质离散元参数标定

混凝土帽盖模型参数标定及桥梁冲击损伤模拟应用

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中国公路学报 2024年第5期37卷 151-174页

作者：宋彦臣刘学鹏王君杰韩韦强北京工业大学桥梁工程安全与韧性全国重点实验室北京100124 同济大学桥梁工程系上海200092

冲击荷载作用下混凝土响应与应力状态、应变率密切相关,数值分析存在本构模型理论复杂、参数繁多,工程应用困难等问题。基于弹塑性损伤帽盖模型,针对拉伸、压缩、剪切应力状态下混凝土的损伤特征,阐明了损伤参数取值与单元尺寸的依赖关... 详细信息

冲击荷载作用下混凝土响应与应力状态、应变率密切相关,数值分析存在本构模型理论复杂、参数繁多,工程应用困难等问题。基于弹塑性损伤帽盖模型,针对拉伸、压缩、剪切应力状态下混凝土的损伤特征,阐明了损伤参数取值与单元尺寸的依赖关系,提出了混凝土本构模型损伤参数及率效应参数的确定方法。然后,针对冲击作用下RC构件的弯曲与剪切损伤破坏行为,基于构件冲击试验分别从损伤参数的单元尺寸依赖性、剪胀损伤模拟必要性2个方面对混凝土弹塑性损伤帽盖模型参数取值的可靠性进行了验证,并对2种常用弹塑性损伤帽盖模型进行了对比。最后,基于某大桥船撞损伤破坏事故案例,进一步对大桥的船撞破坏过程进行了模拟验证。结果表明:采用所提出损伤参数标定方法可以很好地描述冲击作用下混凝土构件及结构在不同受力状态下的损伤演化过程及动态响应,解决了弹塑性损伤帽盖模型参数过多、取值困难而不便应用问题,可为混凝土桥梁结构冲击数值分析提供参考。

关键词：桥梁工程混凝土桥梁弹塑性损伤帽盖模型参数标定低速冲击仿真验证

面向夹持采收的油菜薹夹段茎秆离散元参数标定与优化

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农业工程学报 2024年第7期40卷 104-116页

作者：谢伟欧阳琛蒋蘋孟德鑫罗海峰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

为提高离散元法对指导油菜薹有序采收装备设计与优化的准确性和可靠性,该研究以双行垄作移栽的“农大1号”双低甘蓝型油菜机械化适收期油菜薹夹段茎秆为对象,测定其本征参数、表面接触参数以及破碎力学参数,利用EDEM仿真软件Hertz-Mind... 详细信息

为提高离散元法对指导油菜薹有序采收装备设计与优化的准确性和可靠性,该研究以双行垄作移栽的“农大1号”双低甘蓝型油菜机械化适收期油菜薹夹段茎秆为对象,测定其本征参数、表面接触参数以及破碎力学参数,利用EDEM仿真软件Hertz-Mindlin无滑移模型和Hertz-Mindlin with bonding粘结模型建立夹段茎秆堆积仿真标定模型和破碎仿真标定模型。采用逐步调整仿真参数使仿真试验值与物理试验值逼近的方法,利用夹段茎秆堆积仿真标定模型,以休止角仿真试验值与实际物理试验值的相对误差为目标,完成夹段茎秆表面接触参数的标定与优化;利用破碎仿真标定模型,以轴向压缩和弯曲仿真试验与实际物理试验的最大轴向压缩力和最大弯曲力的相对误差为目标,利用标定后的表面接触参数完成夹段茎秆粘结参数的标定与优化。最后,利用夹段茎秆的径向压缩与剪切、内芯与表皮拉伸的破碎仿真力学试验和有序采收EDEM-Recurdyn耦合仿真试验验证标定后的表面接触参数和粘结参数。结果表明,仿真与实测试验的破碎力学参数相对误差在5%以内,且仿真与实测的“时间-载荷”曲线变化趋势一致,低速、中速和高速档的有序采收仿真试验结果与实际物理试验结果相对误差在7.0%以内。研究结果表明,采用离散元仿真方法研究油菜薹采收过程具有可行性,标定结果可用于指导油菜薹机械化生产。

关键词：离散元模型油菜薹仿真参数标定

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荸荠离散元仿真参数标定与试验

农业工程学报 2022年第11期38卷 41-50页

作者：张国忠陈立明刘浩蓬董昭张清洪周勇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

针对荸荠深加工中机械去皮、切块等技术与装备研发缺乏离散元仿真模型与参数、难以通过仿真指导装置设计与优化的问题,该研究开展了荸荠的离散元参数标定与试验研究。借助三维扫描逆向建模技术获得荸荠轮廓,通过物理试验测得其本征参数... 详细信息

针对荸荠深加工中机械去皮、切块等技术与装备研发缺乏离散元仿真模型与参数、难以通过仿真指导装置设计与优化的问题,该研究开展了荸荠的离散元参数标定与试验研究。借助三维扫描逆向建模技术获得荸荠轮廓,通过物理试验测得其本征参数和基本接触参数,通过质构仪测得刀片对荸荠的最大剪切力为67.2 N。应用Hertz-Mindlin with bonding模型对荸荠进行建模,以最大剪切力为评价指标,对粘结参数进行虚拟标定试验,采用二水平析因试验和最陡爬坡试验筛选显著性因素,通过响应面法设计试验和优化求解,并进行仿真验证。结果显示,仿真值和实测最大剪切力相对误差为0.89%。进行不同刀片的剪切试验,结果表明,仿真值与实测最大剪切力相对误差不高于7.41%。研究结果表明,该研究所建荸荠模型与参数标定结果可用于离散元仿真研究,对荸荠去皮、切块加工装置设计具有指导意义。

关键词：离散元剪切荸荠参数标定粘结模型

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收获期菊芋根-块茎离散元柔性模型研究

农业机械学报 2023年第10期54卷 124-132页

作者：周俊孙文涛梁子安南京农业大学工学院南京210031

目前,菊芋机械化收获过程中的清选及输送等环节作业参数设定缺乏适用的理论依据,以收获期菊芋根-块茎为研究对象,基于离散元方法建立了一种能反映根须柔性和块茎脱落力学特性的粘结模型并对其相关参数进行了标定。首先通过物理试验确定... 详细信息

目前,菊芋机械化收获过程中的清选及输送等环节作业参数设定缺乏适用的理论依据,以收获期菊芋根-块茎为研究对象,基于离散元方法建立了一种能反映根须柔性和块茎脱落力学特性的粘结模型并对其相关参数进行了标定。首先通过物理试验确定了菊芋根-块茎本征参数、基本接触参数及相关力学参数,然后在此基础上利用Hertz-Mindlin with bonding V2接触模型构建了菊芋根-块茎粘结模型,并通过单因素试验和响应曲面试验,分别标定了菊芋根颗粒之间和根与块茎颗粒之间法向粘结刚度、切向粘结刚度、临界法向应力、临界切向应力等粘结模型参数。菊芋根须三点弯曲及根-块茎拉伸试验结果表明,根须弯曲弹性模量仿真结果与实际测量值相对误差为4.29%;菊芋根-块茎抗拉力仿真结果与实际测量值相对误差为7.72%;菊芋块茎脱落试验结果表明,仿真试验与菊芋收获机实际田间作业相比,滚筒筛转速对菊芋块茎脱落率影响趋势一致,筛内物料筛分规律相符。所构建的菊芋根-块茎模型可用于菊芋机械化收获相关环节的分析研究。

关键词：菊芋收获根-块茎离散元法柔性模型参数标定

基于RSM和GA-BP-GA优化的油茶籽仿真参数标定

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农业机械学报 2023年第2期54卷 139-150页

作者：丁辛亭李凯郝伟杨其长闫锋欣崔永杰西北农林科技大学机械与电子工程学院陕西杨凌712100 农业农村部农业物联网重点实验室陕西杨凌712100 中国农业科学院都市农业研究所成都610213

采用逆向工程技术,在EDEM软件中建立了油茶籽离散元模型;通过物理试验测得油茶籽堆积角为(27.93±1.46)°,以及密度、碰撞恢复系数和油茶籽-钢板间静摩擦因数的参数区间,采用Plackett-Burman Design和最陡爬坡试验筛选显著性因素;以堆... 详细信息

采用逆向工程技术,在EDEM软件中建立了油茶籽离散元模型;通过物理试验测得油茶籽堆积角为(27.93±1.46)°,以及密度、碰撞恢复系数和油茶籽-钢板间静摩擦因数的参数区间,采用Plackett-Burman Design和最陡爬坡试验筛选显著性因素;以堆积角为响应值,采用响应面(RSM)和机器学习对显著性参数进行优化和对比。结果显示,基于遗传算法(GA)的BP人工神经网络的预测能力与稳定性优于随机森林、支持向量机和BP人工神经网络;采用GA寻优得到油茶籽-油茶籽间静摩擦因数为0.443、油茶籽-钢板间静摩擦因数为0.319、油茶籽-油茶籽间滚动摩擦因数为0.063,测得仿真堆积角为27.63°,与实际堆积角的相对误差为1.09%;采用RSM得到油茶籽-油茶籽间静摩擦因数为0.383、油茶籽-钢板间静摩擦因数为0.335、油茶籽-油茶籽间滚动摩擦因数为0.064,测得仿真堆积角为26.99°,相对误差为3.33%。研究结果表明,在油茶籽参数标定中,GA-BP-GA的参数优化效果优于RSM,并且该研究所建油茶籽模型与参数标定结果可用于离散元仿真。

关键词：油茶籽离散元参数标定遗传算法 BP神经网络

黄土高原坡地土壤与旋耕部件互作离散元仿真参数标定

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农业机械学报 2022年第1期53卷 63-73页

作者：孙景彬刘琪杨福增刘志杰王峥西北农林科技大学机械与电子工程学院陕西杨凌712100 农业农村部北方农业装备科学观测实验站陕西杨凌712100 西北农林科技大学林学院陕西杨凌712100

针对黄土高原坡地土壤旋耕部件互作机理研究以及坡地专用旋耕机具设计缺乏准确可靠离散元仿真参数的问题,以典型坡地粘壤土(含水率13.4%±1%)为研究对象,选取EDEM中Hertz-Mindlin with JKR Cohesion接触模型,对相关仿真参数进行标定。首... 详细信息

针对黄土高原坡地土壤旋耕部件互作机理研究以及坡地专用旋耕机具设计缺乏准确可靠离散元仿真参数的问题,以典型坡地粘壤土(含水率13.4%±1%)为研究对象,选取EDEM中Hertz-Mindlin with JKR Cohesion接触模型,对相关仿真参数进行标定。首先,对土壤颗粒间接触参数进行了标定,以土壤颗粒的仿真堆积角为响应值,基于Design-Expert软件中Box-Behnken的方法,确定了土壤堆积角的回归模型;通过模型寻优得到了恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数及表面能参数分别为0.15、0.33、0.05和9.04 J/m^(2),此时土壤堆积角仿真值为41.59°,与实测值相对误差为3.8%。其次,对土壤与旋耕刀材料65Mn钢的接触参数进行了标定:通过静摩擦、斜板及碰撞等试验得到了土壤与65Mn钢之间静摩擦因数、滚动摩擦因数和恢复系数的范围,进一步以土壤在65Mn钢板上的静滑动摩擦角为响应值,基于Box-Behnken的方法得到了土壤静滑动摩擦角的回归模型;对该模型寻优得到了土壤颗粒与65Mn钢间的静摩擦因数、滚动摩擦因数及恢复系数分别为0.50、0.06和0.18,此时静滑动摩擦角仿真值为24.0°,与实测值相对误差为1.7%。最后,通过坡地旋耕试验验证模型参数的有效性:土壤颗粒水平、侧向位移实测值和仿真值最大相对误差分别为4.3%和5.1%。结果表明标定的参数准确可靠。

关键词：黄土高原坡地土壤旋耕离散元法参数标定