校准和实验花椒的离散单元模型参数gydF4y2Ba

1介绍gydF4y2Ba

作为一个在中国当地经济植物(gydF4y2Ba陆et al ., 2020gydF4y2Ba),花椒中扮演一个重要的角色在贫困地区农民增加收入,缓解贫困。花椒采摘需要劳动力的33% - -50%用于整个生产过程(gydF4y2Ba傅,2011gydF4y2Ba)。摘花椒是耗时和费力,导致高成本。近年来,种植面积Zan-thoxylum水保已经迅速扩大。到2021年,中国的种植面积达到134万公顷。如今,花椒收获主要取决于手工收割,为当前的短缺包括效率低,劳动力成本高,收获周期长、等,严重阻碍了花椒产业的可持续发展。gydF4y2Ba

为了使花椒采收效率更高,中国做出了非常多的努力发展农业机械和设备,花椒收割。使选择过程更有效率和economic-friendly花椒研究人员已经尝试高分支选择(gydF4y2Ba刘et al ., 2017gydF4y2Ba),机械振动(gydF4y2Ba李et al ., 2021gydF4y2Ba)、负压吸收和其他方法。然而,由于花椒的特点,选择仍然是低效和昂贵的。近年来,应用离散单元法和仿真软件EDEM在农业领域为研究提供了一种新的方式接触农业材料和机械零件的特点,促进了农业机械的发展(gydF4y2Ba方et al ., 2021gydF4y2Ba;gydF4y2Ba王et al ., 2021gydF4y2Ba;gydF4y2Ba曾庆红等人。,2021年gydF4y2Ba)。该方法可以有效地分析力,材料的位移和速度的机器,并探索粒子群的运动过程,它提供了一种理论依据相关机械的结构设计和参数优化。有必要建立一个更精确的颗粒离散单元模型分析粒子运动过程之前通过离散单元法(gydF4y2Ba陈et al ., 2018gydF4y2Ba;gydF4y2Ba周et al ., 2020gydF4y2Ba),确定的基本物理参数(密度、泊松比、剪切模量)和接触力学参数(碰撞恢复系数、静态摩擦系数、滚动摩擦系数)(gydF4y2Ba赵et al ., 2022gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

当材料表面附着力很小,模型建立了基于Hertz-Mindlin(无滑动)可以在EDEM被视为一个整体,可以进行仿真分析和优化设计的输送、分级、播种和其他过程的材料(gydF4y2BaVelicky和结论,2002年gydF4y2Ba;gydF4y2Ba郝et al ., 2019gydF4y2Ba;gydF4y2Ba谢et al ., 2022gydF4y2Ba)。如今,许多学者已经完成了各种材料的离散元素分析和仿真。施等人完成了建立离散单元的弹性模量亚麻茎和接触的测试验证参数gydF4y2Ba施et al ., 2023gydF4y2Ba,gydF4y2Ba王et al ., 2016gydF4y2Ba,gydF4y2Ba方et al ., 2022gydF4y2Ba使用粒子轨迹跟踪玉米秸秆的收集和校准参数;gydF4y2Ba张t . et al ., 2020gydF4y2Ba建立了玉米秸秆离散单元模型并验证其力学性能参数,改进了离散单元法的准确性在玉米秸秆粉碎过程的模拟;李等人。gydF4y2Ba李et al ., 2022gydF4y2Ba)建立了一个离散单元模型的玉米穗轴和校准参数。gydF4y2Ba公园et al ., 2021gydF4y2Ba创建三个粒子模型采用基于实际测量尺寸的偏差分析在民主党蒜瓣。通过比较优势与残余粒子的数量,并根据仿真堆的大蒜瓣粒子的形成与不同摩擦系数,他们获得了真正的大蒜瓣粒子接触参数的仿真结果。gydF4y2Ba耿et al ., 2021gydF4y2Ba校准的接触参数无壳燕麦和燕麦壳采用离散单元法和图形图像处理技术。此外,小麦的参数(gydF4y2Ba刘et al ., 2016gydF4y2Ba;gydF4y2BaHorabik et al ., 2020gydF4y2Ba;gydF4y2Ba太阳et al ., 2022gydF4y2Ba)、水稻(gydF4y2Ba汉et al ., 2017gydF4y2Ba;gydF4y2Ba张s . et al ., 2020gydF4y2Ba)、土壤(gydF4y2Ba周et al ., 2014gydF4y2Ba;gydF4y2Ba歌et al ., 2022gydF4y2Ba)、马蹄(gydF4y2Ba张g . et al ., 2022gydF4y2Ba),燕麦和野豌豆属混合种子(马唐gydF4y2Ba廖et al ., 2022gydF4y2Ba)也被校准。gydF4y2Ba

离散单元仿真技术对农业领域的材料,大部分研究对象是谷物,如玉米、大米和小麦。很少有详细的报告在花椒颗粒的几何,建立离散单元模型和接触的采集参数。模拟摘花椒的过程,有必要进行实验调整相关参数。相比与玉米等谷物,大米和小麦,花椒颗粒有显著差异的质量和形状。结果,许多相关的实验是需要探索的独特特点他们的运动。进行这些实验,研究人员可以获得更深的理解花椒颗粒的行为,建立精确的模型来模拟他们的行为在不同的过程。gydF4y2Ba

本文采取了花椒颗粒为研究对象,和其内在参数和基本接触参数通过物理测试;花椒颗粒的仿真模型是基于关系模型的建立,和离散元素颗粒的接触参数校准。最后,参数的校准结果的测试结果验证了花椒颗粒的休止角。本文的最终目的是提供一个参考模型的设计和优化花椒采摘机。工作流图所示gydF4y2Ba图1gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

2材料和方法gydF4y2Ba

2.1花椒颗粒的形状和大小分析gydF4y2Ba

四川雅安汉源县的城市,四川汉源花椒生产而闻名。这花椒品种有着悠久的历史,甚至在唐代列为贡品,因此其绰号“胡椒致敬”(gydF4y2Ba侯et al ., 2022gydF4y2Ba)。今天,四川汉源花椒很受欢迎国内外由于其有吸引力的红色,大型和油性谷物、丰富的香气,柔和的清新味道。它已成为最具代表性的类型的花椒。因此,研究人员选择研究职位的致敬胡椒在这个研究。gydF4y2Ba

花椒的实际粒子的形状和大小进行了说明gydF4y2Ba图2gydF4y2Ba。基于花椒粒子的形态,这三个互相垂直的轴向尺寸,即长度(L),宽度(W),和厚度(T)被定义为特征的维度。占个人差异,本研究随机选择和测量外形尺寸100花椒颗粒在市场上出售,使用一个电子游标卡尺。平均长度、宽度和厚度在统计学上确定为5.512,4.999,和4.892毫米。gydF4y2Ba

2.2固有参数gydF4y2Ba

内在参数包括密度、泊松比和弹性模量。在密度gydF4y2Ba $\mathrm{\rho gydF4y2Ba}$ 通过测量液浸法,计算公式(gydF4y2Ba高et al ., 2017gydF4y2Ba)是gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2Ba ${\mathrm{\rho gydF4y2Ba}}_{\mathrm{1gydF4y2Ba}}$ 水的密度,gydF4y2Ba $\mathrm{ggydF4y2Ba}/gydF4y2Ba{\mathrm{cgydF4y2Ba}\mathrm{米gydF4y2Ba}}^{\mathrm{3gydF4y2Ba}}$ ;m是花椒颗粒的质量,g;gydF4y2Ba ${\mathrm{米gydF4y2Ba}}_{\mathrm{1gydF4y2Ba}}$ 是水和花椒颗粒的质量,g;gydF4y2Ba ${\mathrm{米gydF4y2Ba}}_{\mathrm{2gydF4y2Ba}}$ 是水的质量,g。gydF4y2Ba

精确权衡花椒颗粒和水,一个高精度电子秤精度0.01 g的利用。任何阅读错误降到最低,20花椒颗粒被组合在一起,而200颗粒被随机分为10组。结果确定了花椒颗粒密度测量gydF4y2Ba $\mathrm{0.997gydF4y2Ba}\mathrm{ggydF4y2Ba}/gydF4y2Ba{\mathrm{cgydF4y2Ba}\mathrm{米gydF4y2Ba}}^{\mathrm{3gydF4y2Ba}}$ 。gydF4y2Ba

泊松比gydF4y2BaµgydF4y2Ba被定义为横向变形比轴向变形的花椒颗粒在单轴拉伸或压缩。它是一种弹性指数,反映了花椒颗粒的横向变形特征。泊松比的计算公式(gydF4y2Ba张g . et al ., 2022gydF4y2Ba)是:gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2Ba ${\mathrm{\delta gydF4y2Ba}}_{\mathrm{1gydF4y2Ba}}$ 花椒是横向变形,mm;gydF4y2Ba ${\mathrm{\delta gydF4y2Ba}}_{\mathrm{2gydF4y2Ba}}$ 花椒是轴向变形,mm;gydF4y2Ba ${\mathrm{WgydF4y2Ba}}_{\mathrm{1gydF4y2Ba}}$ ,gydF4y2Ba ${\mathrm{WgydF4y2Ba}}_{\mathrm{2gydF4y2Ba}}$ 花椒是横向维度前后压缩,mm;gydF4y2Ba ${\mathrm{lgydF4y2Ba}}_{\mathrm{1gydF4y2Ba}}$ ,gydF4y2Ba ${\mathrm{lgydF4y2Ba}}_{\mathrm{2gydF4y2Ba}}$ 花椒是轴向尺寸前后压缩,毫米。gydF4y2Ba

弹性模量E代表花椒颗粒抵抗弹性变形的能力在压缩测试。弹性模量的计算公式(gydF4y2Ba张g . et al ., 2022gydF4y2Ba)是gydF4y2Ba

在那里,F是花椒的最大承载力在弹性变形阶段,N;L是样品的初始长度,mm;年代样品的横截面积,gydF4y2Ba ${\mathrm{米gydF4y2Ba}\mathrm{米gydF4y2Ba}}^{\mathrm{2gydF4y2Ba}}$ ;ΔL长度差异之前和之后的示例压缩,毫米。gydF4y2Ba

由于其体积小,形状不规则,花椒颗粒不能定期切成方块。相反,他们稍扁在横向方向上稍微细长的结束。准确地测量颗粒的尺寸,可以使用数字游标卡尺测量大轴(左)和短轴椭圆(W),如图所示gydF4y2Ba图2gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

强调花椒截面积,即。、有效面积年代计算(gydF4y2Ba刘et al ., 2010gydF4y2Ba)gydF4y2Ba

在这项研究中,泊松比和弹性模量的花椒颗粒通过单轴压缩试验测定使用助教。XTC-18质地分析仪,如所示gydF4y2Ba图3一gydF4y2Ba。平坦的硬度计压头选择纹理分析器,年底和颗粒装入5毫米/分钟的速度(gydF4y2Ba郝et al ., 2021gydF4y2Ba)。测试是重复20次,以及由此产生的泊松比为0.168花椒样本被发现,而弹性模量为15.68 MPa。gydF4y2Ba

3建立花椒颗粒离散单元模型gydF4y2Ba

3.1物理模型的花椒颗粒gydF4y2Ba

建立一个花椒颗粒离散单元模型,EDEM仿真软件是利用。球形率(gydF4y2Ba你们et al ., 2023gydF4y2Ba)是用来计算颗粒形状,用于计算的公式是:gydF4y2Ba

在那里,L是花椒颗粒的长度,mm;W是花椒颗粒的宽度,mm;T是花椒颗粒的厚度,毫米。根据计算球形率达到93.02%,花椒颗粒被建模为单轮使用EDEM粒子模拟软件,如图所示gydF4y2Ba图1gydF4y2Ba。接触建模仿真测试期间,赫兹Mindlin(无滑动)接触力学模型被选中来模拟颗粒的接触行为,由于小粒子表面的附着力(gydF4y2BaVelicky和结论,2002年gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

3.2模拟试验参数gydF4y2Ba

龙皮肤30硅胶用作接触材料在本研究设备。gydF4y2Ba表1gydF4y2Ba介绍了特征参数的花椒颗粒和接触材料(gydF4y2Ba罗斯和击发弹,2015gydF4y2Ba;gydF4y2Ba谢和李,2021年gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

4接触参数校准gydF4y2Ba

4.1校准花椒颗粒之间的接触参数和材料gydF4y2Ba

以下4.4.1弹性恢复系数校准gydF4y2Ba

花椒的恢复系数是由自由落体测试。摘要FASTCAM迷你UX100高速相机选择收集辣椒颗粒的跳跃高度,和Photron FASTCAM观众软件是用于查看和规模的跳跃高度种子,如所示gydF4y2Ba图3 bgydF4y2Ba。获得最清晰的图像,高速相机设置为调试后500 fps的帧速率。减少风力对测试结果的影响,一个无风的房间被选为测试网站。龙皮肤30硅胶板水平放置,和花椒颗粒随机选择,用镊子夹住,放在一个高度H = 40毫米以上材料板。在测试的开始,镊子是释放,使颗粒对材料板反弹。的最大反弹的高度gydF4y2Ba ${\mathrm{hgydF4y2Ba}}_{\mathrm{马克斯gydF4y2Ba}}$ 然后测量使用高速摄像系统。这个过程被重复5次,计算平均值和标准偏差。的Photron FASTCAM观众软件被用来分析的反弹过程花椒颗粒和获得最大反弹高度,这是由阅读统治者的值。弹性恢复系数的比值正常相对分离速度gydF4y2Ba ${\mathrm{vgydF4y2Ba}}_{\mathrm{1gydF4y2Ba}}$ 和正常的相对速度的方法gydF4y2Ba ${\mathrm{vgydF4y2Ba}}_{\mathrm{2gydF4y2Ba}}$ 接触点的前后两个物体碰撞,可以表示为最大反弹高度的比值gydF4y2Ba ${\mathrm{hgydF4y2Ba}}_{\mathrm{马克斯gydF4y2Ba}}$ 和初始下降高度H种子和材料板之间的碰撞。计算公式(gydF4y2Ba廖et al ., 2022gydF4y2Ba)是gydF4y2Ba

根据实验结果,确定花椒颗粒反弹的最大高度6毫米龙皮肤上30硅胶表。计算平均反弹高度h̅= 4.69毫米,标准差s = 0.862,这说明相对稳定的数据。因此,碰撞的恢复系数的花椒颗粒计算e = 0.548。gydF4y2Ba

为了避免干扰,所有接触参数以外的其他粒子之间的碰撞恢复系数和材料被设置为0 EDEM模拟测试。pre-simulation测试后,一系列的花椒颗粒之间的碰撞恢复系数和材料板与一组设置为0.3 - -0.7区间为0.5。在仿真测试中,生成的粒子最初的高度40毫米以上材料板,然后发布一个初始速度为0。加速度将重力加速度模拟自由落体的过程。均值计算在每组5个重复测试。提出了碰撞恢复系数的仿真结果gydF4y2Ba表2gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

仿真测试结果中给出gydF4y2Ba表2gydF4y2Ba绘制散点图使用起源2018软件和安装获得拟合曲线,如图所示在吗gydF4y2Ba图4一gydF4y2Ba。拟合方程之间的碰撞恢复系数和最大反弹高度gydF4y2Ba ${\mathrm{hgydF4y2Ba}}_{\mathrm{马克斯gydF4y2Ba}}$ 花椒颗粒和龙之间的皮肤30硅胶表是由:gydF4y2Ba

拟合结果表明,花椒颗粒的最大反弹高度增加而增加,颗粒之间的碰撞恢复系数和材料,这是与廖等的研究结果一致。gydF4y2Ba廖et al ., 2022gydF4y2Ba和郭et al。gydF4y2Ba郭et al ., 2022gydF4y2Ba)。这是由于更高的碰撞恢复系数意味着变形恢复能力更强和更大的弹性势能的颗粒碰撞。根据动量守恒定律,势能转化为动能,从而导致更高的反弹速度和反弹花椒颗粒的高度。确定系数gydF4y2Ba ${\mathrm{RgydF4y2Ba}}^{\mathrm{2gydF4y2Ba}}$ 拟合方程的是接近1,表明高可靠性的拟合方程。用最大反弹高度测量在实际测试进入方程gydF4y2Ba7gydF4y2Ba、弹性恢复系数是计算e = 0.437。仿真试验进行了使用这种弹性恢复系数值,平均值是获得5个重复。的最大反弹高度是5.746毫米,相对误差为4.23%的测量值相比。这些结果表明好的模拟之间的一致性测试和校准后的实际测试结果。因此,花椒颗粒之间的弹性恢复系数和龙皮肤30硅胶表确定为0.437。gydF4y2Ba

4.1.2静态摩擦系数校准gydF4y2Ba

静摩擦系数gydF4y2Ba ${\mathrm{\mu gydF4y2Ba}}_{\mathrm{米gydF4y2Ba}}$ 花椒颗粒和材料板之间用一个斜面滑测试,如图所示gydF4y2Ba图3 cgydF4y2Ba。测试进行了理论力学多功能测试的长椅上。材料板附着在倾斜板,它最初是水平放置。防止粒子滚动和减少测试误差,花椒颗粒被附加到一个矩形板,放在材料板的一端。倾斜板在以均匀的速度然后慢慢长大,直到花椒结合板开始下滑。倾斜板固定,坡度角α测量并记录使用多功能斜率测量仪。实验重复5次,计算平均值。龙皮肤30硅胶板倾斜一个角度37.04°。gydF4y2Ba

EDEM模拟测试,校准后的弹性恢复系数设置。初步实验,静摩擦系数的范围设置在0.4和0.8之间的间隔0.05。其他接触参数设置为0。在仿真测试中,花椒结合板首次生成材料板,然后材料板的一端被取消0.01 m / s的速度,直到花椒结合板块下跌。每个测试重复了五次获得的平均价值。碰撞恢复系数的模拟测试结果所示gydF4y2Ba表3gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

倾角和静态摩擦系数之间的关系是通过gydF4y2Ba表3gydF4y2Ba,测试结果都配备了曲线通过起源2018软件。仿真测试结果绘制成散点图和拟合,得到拟合曲线,如图所示gydF4y2Ba图4 bgydF4y2Ba。静摩擦系数的拟合方程gydF4y2Ba ${\mathrm{\mu gydF4y2Ba}}_{\mathrm{米gydF4y2Ba}}$ 和倾角α花椒颗粒和龙之间skin30硅胶平板电脑gydF4y2Ba

拟合曲线表明,花椒的偏离角焊板静态摩擦系数的增加而增加,这是符合这种趋势了gydF4y2BaZhang et al。(2022)gydF4y2Ba。拟合方程的决定系数gydF4y2Ba $\left.{\left(\mathrm{RgydF4y2Ba}\right.}^{\mathrm{2gydF4y2Ba}}=gydF4y2Ba\mathrm{0.997gydF4y2Ba}\right)$ 表明拟合方程具有较高的可靠性。用斜面的倾角测量的实际测试期间进入方程gydF4y2Ba8gydF4y2Ba,静摩擦系数gydF4y2Ba ${\mathrm{\mu gydF4y2Ba}}_{\mathrm{米gydF4y2Ba}}$ 计算是0.758。模拟重复了五次获得的平均价值。结果表明,斜面的倾角为36.72°,相对误差为0.864%的测量值相比。这些研究结果表明,校准仿真试验结果与实际测试结果相一致。因此,花椒颗粒之间的静摩擦系数和龙皮肤30硅表确定gydF4y2Ba ${\mathrm{\mu gydF4y2Ba}}_{\mathrm{米gydF4y2Ba}}=gydF4y2Ba\mathrm{0.758gydF4y2Ba}$ 。gydF4y2Ba

4.1.3滚动摩擦系数校准gydF4y2Ba

滚动摩擦系数gydF4y2Ba ${\mathrm{\mu gydF4y2Ba}}_{\mathrm{ngydF4y2Ba}}$ ,粒子与材料板由斜面滚动测量方法,如所示gydF4y2Ba图3 dgydF4y2Ba。由于非理想球形颗粒的形状,大的倾角值β和滚动距离L在轧制过程中会引起反弹,从而影响测试结果的准确性。相反,对于小的β值和L,粒子的滚动距离很小,不利于精确测量。因此,在进行检测前几个调整之后,倾角β设置为45°和斜率的滚动距离L是设置为40毫米。对于测试,颗粒被释放的初始速度0和允许斜面滚下。粒子的水平滚动距离年代测定后到达水平面。测试重复了五次在花椒粒子,和平均值。花椒颗粒的水平滚动距离龙皮肤30硅胶表是241.3毫米。gydF4y2Ba

EDEM模拟测试,校准弹性恢复系数和静态摩擦系数分别由相同的方法。滚动摩擦系数的范围设置为0.011 - -0.019,步长设置为0.001,和其他接触参数设置为0。模拟试验的设置是相同的物理测试。坡度角是45°,粒子生成40毫米的水平面斜率无初速度释放,和粒子被允许沿着山坡滚。静止粒子的水平滚动距离测量。每组的测试重复了五次平均值。动态摩擦系数的模拟测试结果所示gydF4y2Ba表4gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

仿真测试结果gydF4y2Ba表4gydF4y2Ba绘制散点图和安装使用2018软件。获得的拟合曲线所示gydF4y2Ba图4 cgydF4y2Ba,滚动摩擦系数之间的关系的方程和水平滚动距离(S)花椒和龙之间的皮肤30硅胶表gydF4y2Ba

假设颗粒是一种理想的范围,只有受到滚动摩擦在纯滚动过程中,它可以通过能量守恒定律gydF4y2Ba

根据方程gydF4y2Ba10gydF4y2Ba水平滚动距离成反比,滚动摩擦因素,假设粒子质量,斜面的倾角,滚动距离都不变。这是符合这一趋势在拟合曲线得到的实验结果,讨论的结果,类似于由Zhang et al。(gydF4y2Ba张k . et al ., 2022gydF4y2Ba)。确定系数gydF4y2Ba ${\mathrm{RgydF4y2Ba}}^{\mathrm{2gydF4y2Ba}}$ 拟合方程的是接近1,表明可靠性高。替代水平滚动距离S = 241.3毫米花椒颗粒的测量在实际测试方程gydF4y2Ba9gydF4y2Ba,我们获得一个滚动摩擦系数gydF4y2Ba ${\mathrm{\mu gydF4y2Ba}}_{\mathrm{ngydF4y2Ba}}=gydF4y2Ba\mathrm{0.0136gydF4y2Ba}$ 。5仿真测试的平均水平滚动的距离是242.006毫米。校准之间的相对较小的相对误差2.927%仿真测试结果和实际测试结果表明,测定值有很好的一致性。因此,花椒颗粒之间的滚动摩擦系数和龙皮肤30硅胶表确定gydF4y2Ba ${\mathrm{\mu gydF4y2Ba}}_{\mathrm{ngydF4y2Ba}}=gydF4y2Ba\mathrm{0.0136gydF4y2Ba}$ 。gydF4y2Ba

4.2校准花椒颗粒之间的接触参数gydF4y2Ba

本文实验结果的花椒粒密度、休止角与仿真结果进行比较,并提出了花椒属植物的可行性对粒子堆建模方法的初步验证。花椒采摘过程中,花椒颗粒相互挤压手指和手掌的压力下,有重大影响的离散单元模型的准确性花椒颗粒之间的接触参数。休止角是指之间的角锥形基线和底部表面积累当大部分材料自然下降,不断从一定的高度,一个平面上。它可以反映出内部摩擦和散装材料的散射特征和形状的影响,材料尺寸和水分含量(gydF4y2Ba王et al ., 2022gydF4y2Ba)。在实验中,测量值和模拟值之间的相对误差花椒颗粒休止角的测试指标,花椒和种间接触参数颗粒作为试验因素,最陡的攀登测试和三因素二次回归正交旋转组合设计试验进行。仿真接触参数的花椒颗粒是由优化测试结果。gydF4y2Ba

4.2.1休止角准备测试gydF4y2Ba

本文的方法无底缸是用来测试休止角。无底缸的内径和高度的铝合金分别为60毫米和100毫米,与龙缸是粘贴skin30硅胶表。用于测试,气缸的底部接触广场龙skin30硅薄膜边长为180毫米,花椒颗粒充满了缸,如图所示gydF4y2Ba图3 egydF4y2Ba。垂直提升缸0.5 mm / s的速度通过助教。XTC-18质地分析仪、颗粒慢慢流从缸的底部形成一个锥形。当粒子的坡面堆是稳定的,相机是用来捕获粒子静止角的前视图,和重复测试5次。gydF4y2Ba

为了减少测量误差花椒颗粒的休止角,使用Matlab处理后的颗粒堆的边缘图像收集测试。该图像去噪、灰度和关键获得桩的边界曲线,并配备了一条线。安装线的斜率代表粒子堆积角的正切值。每组五个进行重复测试,平均值计算获得花椒颗粒的休止角测量,发现17.559°。gydF4y2Ba

4.2.2最大爬测试gydF4y2Ba

就像花椒颗粒和材料之间的接触参数,花椒颗粒之间的接触参数产生重大影响的仿真过程。因此,它是重要的测量和校准碰撞恢复系数、静态摩擦系数和滚动摩擦系数花椒颗粒之间。初步测试结果表明,碰撞恢复系数范围从0.1到0.8,静摩擦系数从0.41到0.90范围,和滚动摩擦系数从0.011到0.018不等。最陡爬测试是用来确定零水平和最优值区间的二次回归正交旋转组合试验因素。最陡的爬上测试的测试计划和结果所示gydF4y2Ba表5gydF4y2Ba。这个实验使作者能够优化的仿真参数和获得一个精确的表示花椒采摘过程中颗粒的行为。gydF4y2Ba

从gydF4y2Ba表5gydF4y2Ba,它可以观察到,模拟休止角之间的误差和测量休止角是最小的第四组的组合测试。因此,可以得出结论,最有可能接近实际接触参数的值用于第四组的组合。在此基础上,作者选定组3、4和5的编码值的三因素二次回归正交旋转组合试验。gydF4y2Ba

4.2.3二次回归正交旋转组合试验gydF4y2Ba

基于最大爬上测试的结果,采取弹性恢复系数,静态摩擦系数和滚动摩擦系数之间的花椒颗粒作为试验因素,和休止角之间的相对误差的仿真试验和台架试验的休止角测试指数,三因素二次回归正交旋转组合试验。的编码显示在模拟试验因素gydF4y2Ba表6gydF4y2Ba。设计方案和仿真试验的结果所示gydF4y2Ba表7gydF4y2Ba。A、B和C编码值的因素。gydF4y2Ba

设计专家软件被用于对测试数据,执行多元回归拟合和回归方程的显著性检验是所示gydF4y2Ba表8gydF4y2Ba。根据gydF4y2Ba表8gydF4y2Ba回归模型是非常重要的,但适合的损失并不显著,表明回归方程符合得很好。二次回归方程拟合的模型和实践是一致的,并能正确地反映静止θ角和测试之间的关系因素,B和C,这类似于施et al .(14)得到的结论。Inter-particle弹性恢复系数,Inter-particle静态摩擦系数和滚动摩擦系数Inter-particle对休止角误差有极其显著的影响。数据处理后,得到了响应面,如图所示gydF4y2Ba图5gydF4y2Ba。从图可以看出,休止角的相对误差与inter-particle先增加然后减少弹性恢复系数,随inter-particle静态摩擦系数的增加,并减少inter-particle滚动摩擦系数的增加。AB, AC和BC没有显著影响休止角的错误,这可能是由于三个因素有显著影响休止角的误差。gydF4y2Ba

把无关紧要的词从回归方程后,新获得的回归方程拟合gydF4y2Ba

的gydF4y2BapgydF4y2Ba回归模型的价值小于0.01,表明回归方程模型是非常重要的。此外,gydF4y2BapgydF4y2Ba价值缺失的拟合词远远大于0.05,表明非正态误差需要一小部分拟合的回归方程gydF4y2Ba11gydF4y2Ba实际的,没有其他指标的主要影响因素。确定系数gydF4y2Ba ${\mathrm{RgydF4y2Ba}}^{\mathrm{2gydF4y2Ba}}=gydF4y2Ba\mathrm{0.92gydF4y2Ba}$ 回归方程表明,回归方程的拟合程度高,并能准确地反映实验因素之间的关系和休止角的相对误差,可用于预测休止角。gydF4y2Ba

4.2.4多目标优化参数gydF4y2Ba

使用优化模块的软件设计专家,针对休止角的最小相对误差,解决了回归方程,分析了响应面,和回归模型进行优化。gydF4y2Ba

中央组合参数的优化结果所示gydF4y2Ba图6gydF4y2Ba。回归模型的最优参数组合如下:inter-particle弹性恢复系数0.378,inter-particle静态摩擦系数0.56,inter-particle滚动摩擦系数0.0143。gydF4y2Ba

4.3验证测试gydF4y2Ba

优化后的接触参数采用三因子二次回归正交旋转组合试验,作者的值代替EDEM软件进行五个休止角的仿真测试。仿真测试的结果显示平均测定休止角为17.523°,测量之间的相对误差只有0.204%的休止角和台架试验。对比测试结果和仿真结果所示gydF4y2Ba图7gydF4y2Ba。小实际值之间的误差累积试验和仿真值表明,它们之间没有显著差异。这个验证仿真试验的准确性,这些结果可用于离散元素相关性花椒相关的仿真实验。gydF4y2Ba

5讨论gydF4y2Ba

摘要提出了一种花椒颗粒的校准参数的方法。根据宏观仿真参数校准参数获得休止角的物理测试。这种方法也可以用于其他复杂模型的参数标定。总结了本文的主要结论如下。gydF4y2Ba

1)以花椒颗粒为研究对象,基本物理参数(密度、泊松比、弹性模量)花椒颗粒离散单元模拟的物理测试方法,测定和花椒颗粒离散单元模型成立于EDEM软件Hertz-Mindlin(无滑动)模型。gydF4y2Ba

2)通过台架试验和模拟测试,弹性恢复系数、静态摩擦系数和滚动摩擦系数之间的花椒颗粒和龙皮肤30硅胶表校准通过冲击试验,倾向于滑动试验和斜轧试验。花椒颗粒之间的弹性恢复系数和龙skin30硅胶表0.437,静摩擦系数是0.758,滚动摩擦系数是0.0136。gydF4y2Ba

3)混合种子的实际休止角为17.559°通过花椒颗粒的累积试验。种间弹性恢复系数,种间静摩擦和种间滚动摩擦实验因素,与实际的相对误差积累角和EDEM的模拟值作为实验指标,三因子二次回归正交旋转组合试验。因素和指标建立的数学模型。接触参数的最优值如下:inter-particle弹性恢复系数0.378,inter-particle静摩擦系数0.56,inter-particle滚动摩擦系数0.0143。gydF4y2Ba

4)为了验证参数校准结果的可靠性,休止角的物理测试。模拟测试值之间的相对误差和理论价值是0.204%,这验证了该建模方法的有效性和可行性。gydF4y2Ba

数据可用性声明gydF4y2Ba

原始数据支持了本文的结论将由作者提供,没有过度的预订。gydF4y2Ba

作者的贡献gydF4y2Ba

概念化,LC和JW;方法,JW和欧美;软件,JW,佐和QW;验证、LC、欧美和QW;正式的分析,LC和佐;调查,欧美;资源、LC、欧美和佐;数据管理,JW QW;原创作品草稿准备,JW;writing-review和编辑,JW, LC和欧美; project administration, LC and DH; funding acquisition, DH. All authors contributed to the article and approved the submitted version.

资金gydF4y2Ba

这项研究是由科技创新和创业的幼苗在雅安城市项目,四川,中国。gydF4y2Ba

确认gydF4y2Ba

我们感谢四川农业大学为我们提供的工作设施。gydF4y2Ba

的利益冲突gydF4y2Ba

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。gydF4y2Ba

出版商的注意gydF4y2Ba

本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。gydF4y2Ba

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