莱菔子离散元仿真模型参数标定与试验验证

doi:10.13733/j.jcam.issn.2095-5553.2024.09.019

摘要/Abstract

摘要：

针对莱菔子在排种器离散元仿真时所需要的物性参数缺乏的问题，对莱菔子物性参数进行测量及仿真模型参数的标定。以莱菔子为研究对象，测定莱菔子的质量、体积、密度、泊松比、剪切模量、静摩擦系数、滚动摩擦系数、碰撞恢复系数。利用 Plackett-Burman试验以莱菔子堆积角为试验指标，从各组试验参数中选取影响显著的因素：莱菔子间静摩擦系数、莱菔子间滚动摩擦系数。再对显著因素进行中心组合设计试验，以物料堆积角为试验指标，并对试验参数进行参数优化处理，确定莱菔子间滚动摩擦系数与静摩擦系数的最佳参数组合：0. 104、0. 804。以悬勺式蔬菜精量排种器为试验对象进行仿真及试验并与物理试验进行对比验证，其单粒率、多粒率及空粒率的仿真与物理试验结果平均相对误差小于 3%，证明优化标定的莱菔子离散元仿真参数的可行性，为莱菔子排种机械离散元仿真提供相关性仿真数据。

关键词: 莱菔子, 离散元仿真, 堆积角, 参数优化, 对比试验

Abstract:

In view of the lack of physical parameters required by radish seed metering device discrete element， the physical parameters of radish seed were measured and the parameters of simulation model were calibrated. In this study， Semen Raphani was taken as the research object，and the mass，volume，density，Poisson′s ratio，shear modulus，static friction coefficient， rolling friction coefficient and collision recovery coefficient of Semen Raphani were measured. Plackett-Burman test was used to select the significant factors from the test parameters of each group with the accumulation angle of radish seeds as the test index， such as static friction coefficient between radish seeds， rolling friction coefficient between radish seeds. Then the central combination design test was carried out for the significant factors，taking the material accumulation angle as the test index，and the test parameters were optimized to determine the best parameter combination of rolling friction coefficient and static friction coefficient between radish seeds as：0. 104， 0. 804. Taking the hanging spoon type vegetable precision metering device as the test object，the simulation and test were carried out and compared with the physical test. The average relative error between the simulation and the physical test results of the single seed rate，multiple seed rate and empty seed rate was less than 3%，which proved the feasibility of optimizing the calibrated discrete element simulation parameters of radish seed，and the research could provide relevant simulation data for the discrete element simulation of radish seed metering machinery.

Key words: radish seed, discrete element simulation, stacking angle, parameter optimization, contrast test

中图分类号:

S223. 2

顿国强 , 王雷 , 纪欣鑫 , 姜新波 , 赵宇 , 郭娜 . 莱菔子离散元仿真模型参数标定与试验验证[J]. 中国农机化学报, 2024, 45(9): 127-133.

Dun Guoqiang, Wang Lei, Ji Xinxin, Jiang Xinbo, Zhao Yu, Guo Na. Parameter calibration and test verification of discrete element simulation model of radish seed[J]. Journal of Chinese Agricultural Mechanization, 2024, 45(9): 127-133.

参考文献

［ 1］贺建祯，刘铁钢，马雪颜，等 .莱菔子对胃肠积热大鼠胃肠动力的影响［ J］.中国中医急症， 2020，29（5）：765-768.

He Jianzhen，Liu Tiegang，Ma Xueyan，et al. Effects of radish seed on gastrointestinal motility in rats with gastrointestinal heat retention［J］. Journal of Emergency in Traditional Chinese Medicine，2020，29（5）：765-768.

［ 2］曾智伟，马旭，曹秀龙，等 .离散元法在农业工程研究中的应用现状和展望［ J］.农业机械学报， 2021，52（4）：1-20.

Zeng Zhiwei，Ma Xu，Cao Xiulong，et al. Critical review of applications of discrete element methodin agricultural engineering［J］. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2021，52（4）：1-20.

［ 3］侯占峰，戴念祖，陈智，等 .冰草种子物性参数测定与离散元仿真参数标定［J］.农业工程学报， 2020，36（24）：46-54.

Hou Zhanfeng，Dai Nianzu，Chen Zhi，et al. Measurement and calibration of physical property parameters for agropyron seeds in a discrete element simulation［J］. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2020，36（24）：46-54.

［ 4］张荣芳，焦伟，周纪磊，等 .不同填充颗粒半径水稻种子离散元模型参数标定［ J］.农业机械学报， 2020，51（S1）： 227-235.

Zhang Rongfang，Jiao Wei，Zhou Jilei，et al. Parameter calibration and experiment of rice seeds discrete element model with different filling particle radius［J］. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2020，51（S1）： 227-235.

［ 5］马文鹏，尤泳，王德成，等 .基于 RSM和 NSGA-Ⅱ的苜蓿种子离散元模型参数标定［ J］.农业机械学报， 2020，51（8）：136-144.

Ma Wenpeng，You Yong，Wang Decheng，et al. Parameter calibration of alfalfa seed discrete element model basedon RSM and NSGA-II［J］. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2020，51（8）：136-144.

［ 6］吴佳胜，曹成茂，谢承健，等 .前胡种子物性参数测定及其离散元仿真模型参数标定［ J］.甘肃农业大学学报， 2019，54（4）：180-189.

Wu Jiasheng， Cao Chengmao， Xie Chengjian，et al. Measurement of physical parameters of radix peucedani seeds and parameter calibration of discrete element simulation model［J］. Journal of Gansu Agricultural University，2019，54（4）：180-189.

［ 7］郝建军，魏文波，黄鹏程，等 .油葵籽粒离散元参数标定与试验验证［ J］.农业工程学报， 2021，37（12）：36-44.

Hao Jianjun， Wei Wenbo， Huang Pengcheng， et al. Calibration and experimental verification of discrete element parameters of oil sunflower seeds［J］. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering， 2021， 37（12）：36-44.

［ 8］吴正阳，谢方平，梅玉茹，等 .农业领域离散元法（DEM）参数标定现状与发展［J］.农业工程与装备， 2021，48（4）：7-18.

Wu Zhengyang，Xie Fangping，Mei Yuru，et al. Review on calibration of discrete element method（DEM） parameters for agricultural engineering［J］. Agricultural Engineering and Equipment，2021，48（4）：7-18.

［ 9］Li H，Zhang G，Li X，et al. Calibration of the discrete element method parameters in living juvenile manila clam（Ruditapes philippinarum） and seeding verification［J］. AgriEngineering，2021，3（4）：894-906.

［10］Jia H，Deng J，Deng Y，et al. Contact parameter analysis and calibration in discrete element simulation of rice straw［J］. International Journal of Agricultural and Biological Engineering，2021，14（4）：72-81.

［11］顿国强，王雷，纪欣鑫，等 .一种新型多适应性的种子堆积角测量器［ P］.中国专利： CN216898705U，2022-07-05.

［12］范旭阳，杨正华，代典，等 .磷矿酸浸脱镁提磷过程的响应曲面分析［ J］.磷肥与复肥， 2021，36（8）：5-8，52.

Fan Xuyang，Yang Zhenghua，Dai Dian，et al. Analysis of magnesium removal and phosphorus improvement of phosphate rock with hydrochloric acid leaching by response surface methodology［J］. Phosphate & Compound Fertilizer， 2021，36（8）：5-8，52.

［13］顿国强，陈海涛，冯夷宁，等 .基于 EDEM软件的肥料调配装置关键部件参数优化与试验［ J］.农业工程学报， 2016，32（7）：36-42.

Dun Guoqiang， Chen Haitao， Feng Yining， et al. Parameter optimization and test of key parts of fertilizer allocation device based on EDEM software［J］. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2016，32（7）：36-42.

［14］Adilet S，Zhao J，Sayakhat N，et al. Calibration strategy to determine the interaction properties of fertilizer particles using two laboratory tests and DEM［J］. Agriculture， 2021，11（7）：592.

［15］Madrid M A，Fuentes J M，Ayuga F，et al. Determination of the angle of repose and coefficient of rolling friction for wood pellets［J］. Agronomy，2022，12（2）：424.

［16］张胜伟，张瑞雨，陈天佑，等 .绿豆种子离散元仿真参数标定与排种试验［ J］.农业机械学报， 2022，53（3）：71-79.

Zhang Shengwei， Zhang Ruiyu， Chen Tianyou， et al. Calibration of simulation parameters of mung bean seeds using discrete element method and verification of seed.metering test［J］. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2022，53（3）：71-79.

［17］顿国强，郭娜，纪欣鑫，等 .内圆柱面悬勺式蔬菜精量排种器［ P］.中国专利： CN216905904U，2022-07-08.

［18］Bacherikov I V，Novikov A I，Petrishchev E P. Discrete seed feeder designing for mobile apparatus：Early results for Pinus Sylvestris l. species［J］. Inventions，2021，6（1）：14.

［19］顿国强，刘文辉，吴星澎，等 .螺旋挤压式精量排肥器的仿真优化设计及试验［ J］.吉林大学学报（工学版）， 2023，53（10）：3026-3037.

Dun Guoqiang， Liu Wenhui， Wu Xingpeng， et al. Simulation optimization design and experiment of screwextrusion precision fertilizer ejector［J］. Journal of Jilin University（Engineering and Technology Edition）， 2023，53（10）：3026-3037.

［20］吴孟宸，丛锦玲，闫琴，等 .花生种子颗粒离散元仿真参数标定与试验［ J］.农业工程学报， 2020，36（23）：30-38.

Wu Mengchen，Cong Jinling，Yan Qin，et al. Calibration and experiments for discrete element simulation parameters of peanut seed particles［J］. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2020，36（23）：30-38.

[1]	李陈, , , 方军, 罗巍, , 吴康, , 李建平, , . 贝类采捕机振动去泥装置设计与试验[J]. 中国农机化学报, 2024, 45(6): 72-76.
[2]	杨春梅, 马亚强, 王成, 刘彤彬, 刘九庆. 自走引流式森林风力灭火机设计与试验[J]. 中国农机化学报, 2024, 45(5): 56-63.
[3]	焦宁, , 朱德兰, , 荆宇鹏, , 刘孟阳, , 柳昌新. 基于数值模拟的温室湿帘—风机运行参数确定方法研究[J]. 中国农机化学报, 2024, 45(5): 79-84.
[4]	刘华龙, , 曾勇, , 张宏, . 自分级挤压式核桃破壳机关键部件作业参数优化与试验[J]. 中国农机化学报, 2024, 45(4): 85-92.
[5]	胡冬军, 闫建伟, 张珍, 黄昕, 牛素贞, 胡正军. 基于堆积试验的针形茶叶离散元仿真参数标定[J]. 中国农机化学报, 2024, 45(3): 66-73.
[6]	曾功俊, 陈建能, 夏旭东, 叶军, 何也能. 基于响应面法的拉拽式胡萝卜根茎分离试验研究[J]. 中国农机化学报, 2023, 44(9): 1-8.
[7]	胡双燕, 胡敏娟, 张文毅, 葛迅一. 辣椒穴盘苗取苗栽植过程动力学分析与试验[J]. 中国农机化学报, 2023, 44(7): 40-47.
[8]	郭兆峰, 班婷, 马艳, 沈卫强, . 11JF-1.2型棉花秸秆饲料化发酵机试验及参数优化[J]. 中国农机化学报, 2023, 44(7): 111-117.
[9]	连文香, 席海亮, 张锋伟, 刘小斌, 包尔慨. 青皮核桃跌落碰撞分析及脱青皮装置关键部件参数优化#br#[J]. 中国农机化学报, 2023, 44(6): 89-96.
[10]	章启祥, 刘发英, 杨振宇, 李继伟, 韩梦杰, 李学强. 基于离散元的马铃薯分选装置运行参数优化与试验[J]. 中国农机化学报, 2023, 44(4): 96-103.
[11]	黎展鹏, 刘凡一, 魏志强, 邓成志, 王善文, 谢守勇, . 茎瘤芥种子离散元模型参数标定[J]. 中国农机化学报, 2023, 44(2): 83-90.
[12]	佟敏, 史昌明, 马善为, 崔亚茹, 李凯. 基于互信息参数优化BP神经网络的生物质发电量预测研究[J]. 中国农机化学报, 2023, 44(2): 126-131.
[13]	张惠, , 纪超, , 宋泆飞, 韩大龙, , 陈金成, . 1GF-24型膜上覆土机参数优化与试验[J]. 中国农机化学报, 2023, 44(12): 40-46.
[14]	符德龙, 吴雪梅, 张康, 黄兰, 孙希文, 赵二卫. 振动对小型穴施肥机排肥性能的影响研究[J]. 中国农机化学报, 2023, 44(12): 53-59.
[15]	沈晓凯, 阿力木·买买提吐尔逊, , 李谦绪, 徐玉龙, 师邀兵. 辣椒复脱装置设计与试验[J]. 中国农机化学报, 2023, 44(12): 80-86.