智能化农业装备学报(中英文) ›› 2025, Vol. 6 ›› Issue (2): 69-78.DOI: 10.12398/j.issn.2096-7217.2025.02.006
栾宇航1(), 钱宇星1, 高敏1, 王明宇1, 李秀辰1,2,3, 张寒冰1,2,3(
)
收稿日期:
2025-03-03
修回日期:
2025-04-03
出版日期:
2025-05-15
发布日期:
2025-05-20
通讯作者:
张寒冰
作者简介:
栾宇航,男,1998年生,辽宁沈阳人,硕士研究生;研究方向为渔业装备。E-mail: 1151681767@qq.com
基金资助:
LUAN Yuhang1(), QIAN Yuxing1, GAO Min1, WANG Mingyu1, LI Xiuchen1,2,3, ZHANG Hanbing1,2,3(
)
Received:
2025-03-03
Revised:
2025-04-03
Online:
2025-05-15
Published:
2025-05-20
Contact:
ZHANG Hanbing
Supported by:
摘要:
为提高智能贝类播苗设备离散元仿真参数的准确性,本研究首次系统标定了移滩规格四角蛤蜊贝苗与接触材料(EVA、不锈钢板)及贝苗间的接触参数。通过物理特性试验与离散元相结合的方法对贝苗接触参数进行标定。利用三维扫描仪逆向工程技术获取贝苗轮廓,基于Hertz-Mindlin无滑移接触模型建立贝苗颗粒模型。分别采用自由下落碰撞法、倾斜平面滑动法、固定斜面滚动法对贝苗与接触材料(EVA、不锈钢板)间接触参数进行标定,结果表明:贝苗与EVA间碰撞恢复系数、静摩擦系数、滚动摩擦系数分别为0.339、0.538、0.205;贝苗与不锈钢板间碰撞恢复系数、静摩擦系数、滚动摩擦系数分别为0.128、0.323、0.177。通过悬挂碰撞法与MXZ-1型摩擦系数仪测定贝苗间接触参数。以贝苗与贝苗间接触参数为试验因素,以实测堆积角与仿真堆积角相对误差为指标,进行三因素三水平正交试验,以最小相对误差为优化目标,对试验数据寻优分析得到:贝苗与贝苗间碰撞恢复系数、静摩擦系数、滚动摩擦系数分别为0.170、0.620、0.313。通过提升圆筒法对标定结果进行验证试验,结果表明:仿真堆积角与实测堆积角相对误差为3.6%,证明标定结果真实可靠。本研究填补了移滩四角蛤蜊贝苗离散元参数标定的空白,为智能播苗设备的料仓倾角、落料口位置和叶轮盘等关键部件优化提供了理论依据。
中图分类号:
栾宇航, 钱宇星, 高敏, 王明宇, 李秀辰, 张寒冰. 智能贝类播苗设备离散元仿真参数标定[J]. 智能化农业装备学报(中英文), 2025, 6(2): 69-78.
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材料 | 参数 | 数值 |
---|---|---|
不锈钢板 | 泊松比v 弹性模量E/Pa 密度ρ/(g·cm-3) | 0.3 7.42×1010 7.93 |
EVA | 泊松比v 弹性模量E/Pa 密度ρ/(g·cm-3) | 0.25 1.64×108 0.92 |
表1 接触材料物理参数
Table 1 Contact material physical parameters
材料 | 参数 | 数值 |
---|---|---|
不锈钢板 | 泊松比v 弹性模量E/Pa 密度ρ/(g·cm-3) | 0.3 7.42×1010 7.93 |
EVA | 泊松比v 弹性模量E/Pa 密度ρ/(g·cm-3) | 0.25 1.64×108 0.92 |
编码 | 因素 | ||
---|---|---|---|
e | μn | μr | |
-1 | 0.17 | 0.581 | 0.307 |
0 | 0.305 | 0.628 | 0.380 5 |
1 | 0.44 | 0.675 | 0.454 |
表2 因素水平编码表
Table 2 Factor level coding table
编码 | 因素 | ||
---|---|---|---|
e | μn | μr | |
-1 | 0.17 | 0.581 | 0.307 |
0 | 0.305 | 0.628 | 0.380 5 |
1 | 0.44 | 0.675 | 0.454 |
序号 | 因素 | Y/% | ||
---|---|---|---|---|
e | μn | μr | ||
1 | 0.17 | 0.628 | 0.307 | 3.18 |
2 | 0.44 | 0.628 | 0.454 | 10.97 |
3 | 0.17 | 0.628 | 0.454 | 10.69 |
4 | 0.305 | 0.581 | 0.307 | 4.62 |
5 | 0.305 | 0.628 | 0.380 5 | 9.51 |
6 | 0.305 | 0.628 | 0.380 5 | 10.54 |
7 | 0.44 | 0.628 | 0.307 | 9.71 |
8 | 0.44 | 0.581 | 0.380 5 | 9.11 |
9 | 0.305 | 0.675 | 0.307 | 9.69 |
10 | 0.17 | 0.581 | 0.380 5 | 4.25 |
11 | 0.305 | 0.628 | 0.380 5 | 9.37 |
12 | 0.44 | 0.675 | 0.380 5 | 10.98 |
13 | 0.305 | 0.628 | 0.380 5 | 10.67 |
14 | 0.17 | 0.675 | 0.380 5 | 10.17 |
15 | 0.305 | 0.581 | 0.454 | 10.58 |
16 | 0.305 | 0.628 | 0.380 5 | 10.51 |
17 | 0.305 | 0.675 | 0.454 | 12.27 |
表3 三因素三水平正交试验方案与结果
Table 3 Scheme and results of three-factor and three-level orthogonal experiment
序号 | 因素 | Y/% | ||
---|---|---|---|---|
e | μn | μr | ||
1 | 0.17 | 0.628 | 0.307 | 3.18 |
2 | 0.44 | 0.628 | 0.454 | 10.97 |
3 | 0.17 | 0.628 | 0.454 | 10.69 |
4 | 0.305 | 0.581 | 0.307 | 4.62 |
5 | 0.305 | 0.628 | 0.380 5 | 9.51 |
6 | 0.305 | 0.628 | 0.380 5 | 10.54 |
7 | 0.44 | 0.628 | 0.307 | 9.71 |
8 | 0.44 | 0.581 | 0.380 5 | 9.11 |
9 | 0.305 | 0.675 | 0.307 | 9.69 |
10 | 0.17 | 0.581 | 0.380 5 | 4.25 |
11 | 0.305 | 0.628 | 0.380 5 | 9.37 |
12 | 0.44 | 0.675 | 0.380 5 | 10.98 |
13 | 0.305 | 0.628 | 0.380 5 | 10.67 |
14 | 0.17 | 0.675 | 0.380 5 | 10.17 |
15 | 0.305 | 0.581 | 0.454 | 10.58 |
16 | 0.305 | 0.628 | 0.380 5 | 10.51 |
17 | 0.305 | 0.675 | 0.454 | 12.27 |
方差来源 | 平方和 | 自由度 | 均方 | F值 | P值 |
---|---|---|---|---|---|
模型 | 107.67 | 9 | 11.96 | 43.18 | <0.000 1 |
e | 19.47 | 1 | 19.47 | 70.27 | <0.000 1 |
μn | 25.49 | 1 | 25.49 | 92.00 | <0.000 1 |
μr | 38.63 | 1 | 38.63 | 139.43 | <0.000 1 |
eμn | 4.10 | 1 | 4.10 | 14.80 | 0.006 3 |
eμr | 9.77 | 1 | 9.77 | 35.25 | 0.000 6 |
μnμr | 3.33 | 1 | 3.33 | 12.02 | 0.010 4 |
e2 | 5.15 | 1 | 5.15 | 18.60 | 0.003 5 |
μn2 | 0.628 2 | 1 | 0.628 2 | 2.27 | 0.175 9 |
μr2 | 0.596 1 | 1 | 0.596 1 | 2.15 | 0.185 9 |
失拟项 | 0.373 9 | 3 | 0.124 6 | 0.318 4 | 0.812 9 |
误差 | 1.57 | 4 | 0.391 4 | ||
总和 | 109.61 | 16 |
表4 试验结果方差分析
Table 4 Analysis of variance of experimental results
方差来源 | 平方和 | 自由度 | 均方 | F值 | P值 |
---|---|---|---|---|---|
模型 | 107.67 | 9 | 11.96 | 43.18 | <0.000 1 |
e | 19.47 | 1 | 19.47 | 70.27 | <0.000 1 |
μn | 25.49 | 1 | 25.49 | 92.00 | <0.000 1 |
μr | 38.63 | 1 | 38.63 | 139.43 | <0.000 1 |
eμn | 4.10 | 1 | 4.10 | 14.80 | 0.006 3 |
eμr | 9.77 | 1 | 9.77 | 35.25 | 0.000 6 |
μnμr | 3.33 | 1 | 3.33 | 12.02 | 0.010 4 |
e2 | 5.15 | 1 | 5.15 | 18.60 | 0.003 5 |
μn2 | 0.628 2 | 1 | 0.628 2 | 2.27 | 0.175 9 |
μr2 | 0.596 1 | 1 | 0.596 1 | 2.15 | 0.185 9 |
失拟项 | 0.373 9 | 3 | 0.124 6 | 0.318 4 | 0.812 9 |
误差 | 1.57 | 4 | 0.391 4 | ||
总和 | 109.61 | 16 |
接触类型 | 碰撞恢复系数 | 静摩擦系数 | 滚动摩擦系数 |
---|---|---|---|
贝苗—贝苗 | 0.170 | 0.620 | 0.313 |
贝苗—不锈钢板 | 0.128 | 0.323 | 0.177 |
贝苗—EVA | 0.339 | 0.538 | 0.205 |
表5 标定参数汇总表
Table 5 Calibration parameter summary
接触类型 | 碰撞恢复系数 | 静摩擦系数 | 滚动摩擦系数 |
---|---|---|---|
贝苗—贝苗 | 0.170 | 0.620 | 0.313 |
贝苗—不锈钢板 | 0.128 | 0.323 | 0.177 |
贝苗—EVA | 0.339 | 0.538 | 0.205 |
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