基于离散元法的小麦植株切割过程仿真,对于小麦收获机械切割部件分析与优化具有重要的意义,而准确测量及标定小麦植株力学参数是仿真重要前提。本文基于Hertz-Mindlin with Bonding模型在自主研发的AgriDEM软件中建立小麦茎秆模型。搭...基于离散元法的小麦植株切割过程仿真,对于小麦收获机械切割部件分析与优化具有重要的意义,而准确测量及标定小麦植株力学参数是仿真重要前提。本文基于Hertz-Mindlin with Bonding模型在自主研发的AgriDEM软件中建立小麦茎秆模型。搭建单摆切割试验装置并进行了茎秆动态切割试验,探究了茎秆相关物理特性及切割参数对茎秆切断力的影响,同时,基于AgriDEM软件进行了茎秆单摆动态切割仿真并与实际试验进行对比,结果表明利用准静态粘接力学参数进行动态切割仿真时,茎秆切断力仿真误差随着切割速度增大而增大。为降低不同切割速度下仿真误差,提出了2种茎秆粘接力学参数标定方法。(1)以刚度和临界应力为试验因素的多变量中心组合优化标定方法,得到摆切线速度为1 m/s的情况下,法向刚度、切向刚度、临界法向应力和临界切向应力优化值分别为2.82×10^(11)N/m^(3)、1.32×10^(11)N/m^(3)、9.50×10^(6) Pa和6.46×10^(6) Pa。(2)以粘接半径放大因子为单变量的标定方法,得到摆切线速度为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 m/s时,粘接半径放大因子优化值分别为0.997、1.106、1.163、1.213、1.323、1.439,并得到切割速度与粘接半径放大因子标定值间的拟合方程。通过最大切割速度为1 m/s的往复式切割试验与仿真对比可知,采用刚度和临界应力组合优化标定方法,茎秆切断力仿真误差由22.55%降低到9.13%;采用粘接半径放大因子的方法,当粘接半径放大因子为1.068时,茎秆切断力仿真误差由22.55%降低至6.58%。证明了本文提出的两种参数标定方法可有效降低茎秆动态切割仿真误差,且利用有效切割速度中间值对应的粘接半径放大因子标定值开展往复式切割作业仿真是准确且可行的方法,研究结果为小麦切割作业过程仿真和关键切割部件优化设计提供参考。展开更多
