亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        包衣棉種物性參數(shù)測(cè)定與離散元仿真參數(shù)標(biāo)定

        2022-05-16 13:59:44賀小偉郭文松王旭峰邢劍飛侯書林
        關(guān)鍵詞:棉種恢復(fù)系數(shù)泊松比

        王 龍 賀小偉 胡 燦 郭文松 王旭峰 邢劍飛 侯書林

        (1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院,北京 100083; 2.塔里木大學(xué) 機(jī)械電氣化工程學(xué)院,新疆 阿拉爾 843300; 3.自治區(qū)教育廳普通高等學(xué)?,F(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,新疆 阿拉爾 843300)

        2020年,新疆棉花播種面積達(dá)到2 500 khm,占全國播種面積的80%左右,覆膜精量播種技術(shù)是實(shí)現(xiàn)棉花大規(guī)模種植的關(guān)鍵。目前普遍使用的棉花播種機(jī)具仍存在漏播與重播現(xiàn)象,致使后期需要人工補(bǔ)苗與間苗,增加了人力勞動(dòng)和經(jīng)濟(jì)成本。隨著棉花種植向精細(xì)化智能化方向發(fā)展,需進(jìn)一步提高棉花穴播器排種性能。

        農(nóng)作物種子大部分為散狀顆粒物料,為提高播種機(jī)具工作性能,已有研究采用離散元法對(duì)取排種機(jī)理進(jìn)行分析進(jìn)而優(yōu)化機(jī)具結(jié)構(gòu)參數(shù)。張濤等利用離散元仿真得到了田間作業(yè)振動(dòng)條件下氣吸式排種器種子室內(nèi)玉米種群的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。趙淑紅等設(shè)計(jì)了一種V型凹槽撥輪式導(dǎo)種部件,并運(yùn)用EDEM軟件分析籽粒在導(dǎo)種管內(nèi)的滑移狀態(tài)。胡建平等采用離散元法分析了各因素對(duì)磁吸板式精密排種器充種性能的影響。羅偉文等結(jié)合Box-Benhnken中心組合試驗(yàn)方法和EDEM離散元技術(shù)對(duì)小麥播種機(jī)碎秸導(dǎo)流裝置參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)與優(yōu)化??梢娎秒x散元法研究農(nóng)業(yè)顆粒物料在機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)機(jī)理可行且高效。

        離散元法中仿真模型與參數(shù)的準(zhǔn)確性是影響仿真結(jié)果的重要因素,主要包括物料三維模型以及物料的本征參數(shù)(如密度、泊松比和剪切模量等)和接觸參數(shù)(顆粒之間、顆粒與材料之間的摩擦因數(shù)和碰撞恢復(fù)系數(shù))。一般物料本征參數(shù)直接采用試驗(yàn)所得的真實(shí)值,但由于三維模型與真實(shí)物料模型存在一定的差異,致使仿真接觸參數(shù)與真實(shí)值存在一定誤差,需先標(biāo)定后才能進(jìn)行仿真研究。劉彩玲等采用三維掃描法建立水稻離散元模型,發(fā)現(xiàn)多球聚合模型仿真精度比常規(guī)橢球體模型高。國內(nèi)外已有研究建立了不同農(nóng)作物顆粒物料的離散元單元模型,并利用試驗(yàn)及仿真相結(jié)合的方法對(duì)模型離散元參數(shù)進(jìn)行了標(biāo)定。將試驗(yàn)與離散元虛擬仿真相結(jié)合對(duì)農(nóng)業(yè)物料接觸參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定能獲得準(zhǔn)確的仿真參數(shù)設(shè)定值。

        棉花播種機(jī)具直接作業(yè)對(duì)象為包衣棉種,對(duì)脫絨棉種進(jìn)行包衣處理能提高棉種發(fā)芽率和抗寒抗病能力,而包衣劑會(huì)對(duì)棉種表面特征參數(shù)造成一定的影響。因此,本研究擬采用逆向工程技術(shù)建立棉種離散元顆粒模型;結(jié)合物理與仿真落種試驗(yàn),標(biāo)定仿真試驗(yàn)中包衣棉種種間接觸參數(shù);利用小型棉花精密排種器進(jìn)行排種試驗(yàn)驗(yàn)證標(biāo)定的參數(shù),以期為包衣棉種離散元仿真研究提供參考。

        1 物理特性參數(shù)測(cè)定

        1.1 三維尺寸及密度

        選用南疆地區(qū)普遍種植的‘新陸中67號(hào)’未包衣及包衣棉種作為試驗(yàn)對(duì)象,包衣棉種種衣劑有效成分為福美雙和甲基立枯磷,含量分別為10和5 g/100 kg。測(cè)得棉種的密度為0.981 g/cm,千粒質(zhì)量為89.03 g,含水率(濕基)平均值為7.75%。

        隨機(jī)選取無損傷、外形較規(guī)則的200粒未包衣棉種,采用數(shù)顯式游標(biāo)卡尺(標(biāo)康BK-318,精度為0.01 mm)測(cè)量三軸尺寸(圖1),棉種體積計(jì)算公式為:

        圖1 棉種的三軸尺寸Fig.1 Triaxial dimension of cotton seed

        (1)

        式中:

        V

        為棉種體積,mm;

        L

        為棉種長(zhǎng)度,mm;

        W

        為棉種寬度,mm;

        T

        為棉種厚度,mm;

        B

        =(

        WT

        )。統(tǒng)計(jì)測(cè)量結(jié)果可得,棉種長(zhǎng)度

        L

        為(9.00±0.56) mm,寬度

        W

        為(4.84±0.30) mm,厚度

        T

        為(4.25±0.28) mm,棉種體積

        V

        為(64.90±8.64) mm。

        1.2 泊松比及剪切模量

        包衣劑對(duì)棉種本征參數(shù)影響較小,因此直接選用未包衣棉種測(cè)定棉種泊松比和剪切模量。采用定義法測(cè)定棉種泊松比,即棉種在擠壓過程中的橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變的比值,其計(jì)算公式為:

        (2)

        式中:

        μ

        為泊松比;

        ε

        為棉種橫向應(yīng)變;ε為棉種縱向應(yīng)變;Δ

        l

        為棉種橫向變形量,mm;

        l

        為棉種橫向原長(zhǎng)度,mm;Δ

        d

        為棉種縱向變形量,mm;

        d

        為棉種縱向原長(zhǎng)度,mm。

        采用質(zhì)構(gòu)儀(型號(hào)TA.XT PlusC,英國Stable Micro Systems公司,測(cè)力精度0.000 1 N)測(cè)定棉種泊松比,先測(cè)得棉種橫向與縱向長(zhǎng)度后,將其水平放置于承壓板上,確保棉種處于承壓板中心位置,使用剛性平板(長(zhǎng)×寬×厚為26 mm×26 mm×10 mm)進(jìn)行加載,加載速率為5 mm/min,觸發(fā)傳感器記錄的起始力為0.3 N。由于棉種在加載1~2 mm時(shí)會(huì)發(fā)生破裂,并伴隨有破裂聲音,棉種破裂時(shí)停止加載,并測(cè)量棉種橫向與縱向長(zhǎng)度。每組試驗(yàn)重復(fù)20次取平均值,可得新陸中67號(hào)棉種泊松比為0.27。

        棉種的剪切模量可以利用彈性模量和泊松比求得。棉種剪切模量的計(jì)算公式為:

        (3)

        式中:

        G

        為棉種剪切模量,MPa;

        E

        為棉種彈性模量,MPa;

        μ

        為棉種泊松比。

        棉種為農(nóng)業(yè)顆粒物料,在受到擠壓時(shí),內(nèi)部應(yīng)力分布較為復(fù)雜。根據(jù)ASAE S368.4 DEC2000 (R2017)《Compression Test of Food Materials of Convex Shape》標(biāo)準(zhǔn)可知,當(dāng)對(duì)棉種進(jìn)行剛性平板擠壓時(shí),其彈性模型計(jì)算公式為:

        (4)

        式中:

        F

        為棉種所受壓縮接觸力,N;

        D

        為棉種形變量,mm;

        R

        為棉種接觸處最小曲率半徑,mm;

        R

        ′為棉種接觸處最大曲率半徑,mm;

        K

        為系數(shù),量綱為1。

        棉種曲率半徑采用圖像處理技術(shù)測(cè)定,圖像采集裝置主要包括:工業(yè)相機(jī)(型號(hào)MV-GE131GC-T,深圳市邁德威視科技有限公司,122萬 像素,CMOS傳感器),高清鏡頭(型號(hào)MV-LD-4M-G,深圳市邁德威視科技有限公司,焦距8 mm),環(huán)形光源,支架等。將棉種水平放置于支架平面上,用工業(yè)相機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行采集,利用MATLAB軟件對(duì)圖像進(jìn)行處理,包括二值化、膨脹、腐蝕、邊緣檢測(cè)、輪廓提取和擬合等,可得棉種輪廓曲線及擬合曲線(圖2)。棉種外形輪廓類似橢圓,基于最小二乘法將棉種輪廓進(jìn)行擬合,得到擬合橢圓一般方程式為:

        Ax

        +

        Bxy

        +

        Cy

        +

        Dx

        +

        Ey

        +

        F

        =0

        (5)

        式(5)一階、二階均可導(dǎo),因此

        y

        =

        f

        (

        x

        )在(

        x

        ,

        f

        (

        x

        ))處的曲率半徑為:

        (6)

        圖2 棉種輪廓圖像處理過程Fig.2 Image processing of cotton seed contour

        本研究采用質(zhì)構(gòu)儀XT PlusC測(cè)定棉種彈性模量。先處理棉種的圖像信息,根據(jù)式(5)和式(6)得到最小曲率半徑和最大曲率半徑后,將棉種水平放置在承壓板上,確保其處于承壓板中心位置,使用剛性平板進(jìn)行加載,加載速率為10 mm/min,觸發(fā)傳感器記錄的起始力為0.3 N,加載位移為2 mm。每組試驗(yàn)重復(fù)20次取平均值,可得‘新陸中67號(hào)’棉種剪切模量為14 MPa。

        1.3 自然休止角

        用排出法測(cè)定棉種休止角。棉種休止角裝置采用透明有機(jī)玻璃制成,主要由上種箱、下種箱和擋板組成(圖3(a)),上種箱和下種箱的長(zhǎng)×寬×厚均為400 mm×200 mm×50 mm,擋板寬度為40 mm。有機(jī)玻璃的泊松比為0.5,密度為1 180 kg/m,剪切模量為177 MPa。試驗(yàn)時(shí),先清理種箱,確保種箱清潔后插入擋板;在上種箱中均勻地加入適量棉種,約占上種箱總?cè)莘e的3/4,且棉種群上表面盡量保持平齊;將擋板快速抽出,棉種在重力作用下沿開口處下滑,落入下種箱,待種箱中棉種穩(wěn)定后,棉種堆積斜面與水平面的夾角即為棉種休止角

        γ

        (圖3(b))。

        1.上種箱;2.棉種;3.擋板;4.下種箱 1. Seed feeding box; 2. Coated cotton seed; 3. Baffle; 4. Seed box γ為棉種休止角,(°)。γ is angle repose of cotton seed,(°).圖3 棉種休止角測(cè)定試驗(yàn)裝置及其試驗(yàn)結(jié)果Fig.3 Test device and result for measuring repose angle of cotton seeds

        為減少人為測(cè)量操作過程中產(chǎn)生的誤差,采用MATLAB軟件對(duì)采集到的休止角圖像進(jìn)行處理,包括中值去噪、灰度、二值化及刪除孤島區(qū)域等,得到二值化圖像(圖4(b));提取種群邊界輪廓得到種群邊界曲線,利用最小二乘法對(duì)邊界曲線進(jìn)行擬合(圖4(c)),擬合直線的表達(dá)式為:

        y

        =

        kx

        +

        b

        (7)

        式中:

        y

        為圖像垂直像素點(diǎn)值;

        x

        為圖像水平像素點(diǎn)

        圖4 棉種休止角測(cè)定圖像處理過程Fig.4 Image processing of repose angle measurement of cotton seed

        值;

        k

        為擬合直線斜率;

        b

        為擬合直線截距。利用擬合直線的斜率即可求得棉種休止角

        γ

        ,計(jì)算公式為:

        γ

        =artan

        k

        (8)

        每組試驗(yàn)重復(fù)10次取平均值,可得未包衣、包衣棉種的自然休止角分別為36.79°和37.34°。表明脫絨處理后的棉種表面比較光滑,其流動(dòng)性也較好,而包衣處理后,棉種表面粘附著包衣劑,增大了棉種表面的摩擦。

        1.4 碰撞恢復(fù)系數(shù)

        根據(jù)牛頓力學(xué)定律可知,碰撞恢復(fù)系數(shù)

        ε

        為棉種碰撞被測(cè)材料前后的速度比值,其計(jì)算公式為:

        (9)

        式中:

        v

        為棉種碰撞被測(cè)材料前的速度,m/s;

        v

        為棉種碰撞被測(cè)材料后的速度,m/s;

        g

        為重力加速度,9.81 m/s;

        h

        為棉種碰撞后的回彈高度,m;

        H

        為棉種碰撞前的下落高度,m。

        棉種碰撞恢復(fù)系數(shù)試驗(yàn)裝置主要由華為mate30、有機(jī)玻璃板與坐標(biāo)紙組成。試驗(yàn)時(shí),將棉種從一定高度自由下落,與有機(jī)玻璃板碰撞后彈起,利用華為mate30慢動(dòng)作視頻拍下棉種整個(gè)碰撞與運(yùn)動(dòng)過程,慢動(dòng)作視頻設(shè)置為240幀/s;讀取每一幀圖片并記錄棉種下落點(diǎn)、碰撞點(diǎn)和回彈最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置尺寸,得到棉種的下落高度和回彈高度;根據(jù)公式(9)可得棉種與有機(jī)玻璃板之間的碰撞恢復(fù)系數(shù)。每組試驗(yàn)重復(fù)10次取平均值,可得未包衣、包衣棉種與有機(jī)玻璃之間的碰撞恢復(fù)系數(shù)分別為0.26和0.25。

        1.5 摩擦因數(shù)

        利用斜面儀搭建棉種與有機(jī)玻璃之間的摩擦因數(shù)試驗(yàn)裝置(圖5)。試驗(yàn)時(shí),先調(diào)平底座,在斜面儀測(cè)試平面裝上有機(jī)玻璃板,調(diào)節(jié)測(cè)試平面使角度指針指向0刻度。測(cè)定靜摩擦因數(shù)時(shí),為防止包衣棉種滾動(dòng),降低試驗(yàn)誤差,將三粒尺寸較規(guī)則棉種粘結(jié)在一起,靜置于斜面儀測(cè)試平面,勻速轉(zhuǎn)動(dòng)手搖輪,待粘結(jié)棉種開始下滑時(shí)停止轉(zhuǎn)動(dòng),此時(shí)指針?biāo)傅慕嵌戎禐榛瑒?dòng)摩擦角,滑動(dòng)摩擦角的正切值即為靜摩擦因數(shù)。每組試驗(yàn)重復(fù)10次取平均值,可得未包衣、包衣棉種與有機(jī)玻璃之間的靜摩擦因數(shù)分別為0.48和0.49。

        1.支架;2.滑輪;3.棉種;4.手搖輪;5.斜面儀 1.Bracket; 2.Pulley; 3.Cotton seed; 4.Hand wheel; 5.Inclinometer圖5 摩擦因數(shù)測(cè)定裝置Fig.5 Determination device of friction coefficient

        測(cè)定滾動(dòng)摩擦因數(shù)時(shí),將單粒棉種置于測(cè)試平面,確保棉種長(zhǎng)軸與斜面傾斜方向垂直;勻速轉(zhuǎn)動(dòng)手搖輪,棉種沿斜面完全滾落時(shí),記錄指針?biāo)傅慕嵌戎禐闈L動(dòng)摩擦角,滾動(dòng)摩擦角的正切值即為滾動(dòng)摩擦因數(shù)。每組試驗(yàn)重復(fù)10次取平均值,可得未包衣、包衣棉種與有機(jī)玻璃間的滾動(dòng)摩擦因數(shù)分別為0.20和0.21。包衣棉種與有機(jī)玻璃的靜摩擦因數(shù)和滾動(dòng)摩擦因數(shù)均大于未包衣棉種。表明棉種包衣會(huì)對(duì)棉種表面摩擦特性產(chǎn)生影響,包衣棉種表面粘附的包衣劑增大了其表面粗糙度。

        2 離散元模型建立與接觸參數(shù)標(biāo)定

        2.1 包衣棉種離散元模型建立

        為建立精確的包衣棉種仿真模型,本研究基于逆向工程技術(shù),采用Capture MINI掃描儀掃描包衣棉種外形輪廓,獲得包衣棉種點(diǎn)云數(shù)據(jù)(圖6(a));使用Geomagic Wrap 3D軟件對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪、壓縮、封裝與曲率修復(fù)處理后得到包衣棉種輪廓模型(圖6(b))。在離散元仿真軟件中,需要用球形顆粒來建立物料的離散元顆粒模型,而實(shí)際物料大多為不規(guī)則體,一般采用粘結(jié)顆粒模型(Bonded Particle Method)或多球聚合模型(Multi-sphere Method)建立物料模型。其中多球聚合模型對(duì)計(jì)算機(jī)配置要求不太高,仿真計(jì)算時(shí)間適中,綜合考慮本研究采用多球聚合模型進(jìn)行仿真試驗(yàn)。將包衣棉種輪廓模型導(dǎo)入EDEM軟件中,依據(jù)棉種外形輪廓用13粒直徑不同的球形顆粒重疊堆積建立包衣棉種多球聚合模型(圖6(c))。

        圖6 包衣棉種仿真模型建立過程Fig.6 Establishment process of discrete element model of coated cotton seed

        2.2 接觸參數(shù)標(biāo)定

        在離散元仿真過程中,材料的本征參數(shù)和接觸參數(shù)十分重要,其中本征參數(shù)包括材料的密度、泊松比、彈性模量等,接觸參數(shù)包括材料之間的碰撞恢復(fù)系數(shù)、靜摩擦因數(shù)和滾動(dòng)摩擦因數(shù)。棉種形狀較不規(guī)則,包衣棉種種間的接觸參數(shù)無法直接采用試驗(yàn)測(cè)定,因此采用物理試驗(yàn)與仿真試驗(yàn)相結(jié)合的方法進(jìn)行標(biāo)定。根據(jù)棉種物理特性參數(shù)、包衣棉種的碰撞恢復(fù)系數(shù)和摩擦因數(shù)測(cè)定結(jié)果,確定仿真試驗(yàn)中棉種本征參數(shù)和包衣棉種與有機(jī)玻璃之間的接觸參數(shù)(表1)。

        根據(jù)棉種顆粒之間的粘結(jié)性質(zhì),仿真過程中顆粒接觸模型選取Herz-Mindlin (no slip)接觸模型。為了更真實(shí)地模擬實(shí)際試驗(yàn)過程,在仿真試驗(yàn)中棉種顆粒模型體積按試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)的體積分布值生成,棉種顆粒數(shù)量、試驗(yàn)過程盡量與物理試驗(yàn)一致。仿真試驗(yàn)結(jié)束后采集棉種休止角圖像,同樣采用MATLAB軟件處理圖像,可得仿真休止角

        γ

        ′。休止角相對(duì)誤差

        e

        計(jì)算公式為:

        (10)

        式中:

        γ

        為物理試驗(yàn)所得包衣棉種自然休止角,由1.3節(jié)可知,為37.34°;

        γ

        ′為仿真試驗(yàn)所得的休止角,(°)。

        表1 棉種本征參數(shù)和包衣棉種與有機(jī)玻璃接觸參數(shù)
        Table 1 Intrinsic parameters of cotton seed and contact parameters between coated cotton seed and plexiglass

        參數(shù)Parameter數(shù)值Value棉種密度/(g/cm3)Density of cotton seed0.981棉種泊松比Poisson’s ratio of cotton seed0.27棉種剪切模量/MPaShear modulus of cotton seed14包衣棉種與有機(jī)玻璃碰撞恢復(fù)系數(shù)Restitution coefficient between coated cotton seed and plexiglass0.25包衣棉種與有機(jī)玻璃靜摩擦因數(shù)Static friction coefficient between coated cotton seed and plexiglass0.49包衣棉種與有機(jī)玻璃滾動(dòng)摩擦因數(shù)Rolling friction coefficient between coated cotton seed and plexiglass0.21

        在仿真試驗(yàn)過程中,以包衣棉種種間碰撞恢復(fù)系數(shù)

        X

        、靜摩擦因數(shù)

        X

        和滾動(dòng)摩擦因數(shù)

        X

        為待標(biāo)定參數(shù),休止角相對(duì)誤差為試驗(yàn)指標(biāo),進(jìn)行最陡爬坡和中心組合試驗(yàn)。根據(jù)大量的仿真預(yù)試驗(yàn)結(jié)果及相關(guān)文獻(xiàn),確定包衣棉種種間接觸參數(shù)的最陡爬坡試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案,進(jìn)行仿真試驗(yàn)后得到休止角和休止角相對(duì)誤差(表2)。

        休止角相對(duì)誤差值隨試驗(yàn)因素值的增大呈先減小后增大的趨勢(shì),在第4組時(shí)達(dá)到最小,為2.17%,表明棉種種間接觸參數(shù)的最優(yōu)組合在第3組和第5組之間。因此選取第3組、第4組和第5組試驗(yàn)因素確定仿真試驗(yàn)因素編碼(表3),根據(jù)中心組合仿真試驗(yàn)方案進(jìn)行仿真試驗(yàn)得到休止角相對(duì)誤差見表4。

        表2 最陡爬坡試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及其仿真試驗(yàn)結(jié)果
        Table 2 Scheme and results of steepest ascent experiment

        序號(hào)No.試驗(yàn)因素 Test factorX1X2X3休止角/(°)Repose angle休止角相對(duì)誤差/%Relative error of repose angle10.070.150.0629.0122.3120.100.180.0832.3113.4730.130.210.1035.385.2640.160.240.1238.152.1750.190.270.1439.365.4260.220.300.1643.7517.1770.250.330.1845.3221.37

        注:、、分別為包衣棉種種間碰撞恢復(fù)系數(shù)、靜摩擦因數(shù)和滾動(dòng)摩擦因數(shù),表3、表4、表5同。

        Note: , and respectively for the restitution coefficient, static friction coefficient and rolling friction coefficient between coated cotton seeds. The same as in the
        Table 3,
        Table 4 and
        Table 5.

        表3 仿真試驗(yàn)因素編碼
        Table 3 Factors and codes of simulation experiment

        編碼Code試驗(yàn)因素 Test factorX1X2X3-1.680.110.190.09-10.130.210.10 00.160.240.12 10.190.270.14 1.680.210.290.15

        根據(jù)仿真試驗(yàn)結(jié)果,運(yùn)用Design-Expert 12.0軟件進(jìn)行多項(xiàng)式回歸分析,可得包衣棉種種間接觸參數(shù)對(duì)休止角相對(duì)誤差影響的回歸模型為:

        e

        =1

        .

        55-0

        .

        934 5

        X

        +1

        .

        17

        X

        +0

        .

        487 9

        X

        + 0

        .

        302 5

        X

        X

        -1

        .

        54

        X

        X

        +1

        .

        01

        X

        X

        + 0

        .

        617 7

        X

        +2

        .

        41

        X

        +1

        .

        05

        X

        (11)

        對(duì)回歸模型進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)及方差分析(表5),可得回歸模型的擬合度極顯著(

        P

        <0.01)。包衣棉種種間碰撞恢復(fù)系數(shù)和靜摩擦因數(shù)的交互項(xiàng)(

        X

        X

        )對(duì)休止角相對(duì)誤差的影響不顯著(

        P

        >0.05),其他各項(xiàng)對(duì)模型的影響均顯著,表明相關(guān)接觸參數(shù)對(duì)響應(yīng)值的影響是非線性關(guān)系,存在二次關(guān)系。模型的失擬項(xiàng)

        P

        =0.229 1>0.05,不顯著,表明模型無其他影響指標(biāo)的主要因素存在?;貧w方程的擬合優(yōu)度

        R

        和Adjusted

        R

        分別為0.974 2和0.951 0,表明回歸模型方程的預(yù)測(cè)值與實(shí)際值擬合度較好,自變量對(duì)因變量的解釋程度較高。

        以休止角相對(duì)誤差的最小值為優(yōu)化目標(biāo),對(duì)回歸方程進(jìn)行尋優(yōu)求解,得到目標(biāo)函數(shù)及非線性約束條件方程組為:

        (12)

        表4 仿真試驗(yàn)中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案與結(jié)果
        Table 4 Scheme and results of the central composite design experiment

        試驗(yàn)序號(hào)Test No.試驗(yàn)因素水平值 Test factor level valueX1X2X3休止角相對(duì)誤差/%Relative error of repose angle1-1(0.13)-1(0.21)-1(0.10)5.2621(0.19)-1-14.833-11(0.27)-14.51411-15.985-1-11(0.14)6.8361-110.937-11110.8081115.429-1.68(0.11)0(0.24)0(0.12)4.14101.68(0.21)002.64110(0.16)-1.68(0.19)06.361201.68(0.29)010.571300-1.68(0.09)3.6514001.68(0.15)5.59150000.94160001.46170002.17180001.69190000.97200002.05

        注:括弧內(nèi)為試驗(yàn)因素值。

        Note: The values in brackets are the test factor values.

        表5 休止角相對(duì)誤差回歸模型的方差分析
        Table 5 Variance analysis of regression model of repose angle relative error

        方差來源Soruce of variation平方和Sum of square自由度Degree of freedomF值F-valueP值P-value模型 Model156.44941.97<0.000 1** X111.93128.800.000 3** X218.61144.92<0.000 1** X33.2517.850.018 7* X1X20.7311.770.213 2 X1X318.97145.81<0.000 1** X2X38.12119.610.001 3** X125.50113.280.004 5** X2283.841202.44<0.000 1** X3215.97138.550.000 1**殘差 Residual4.1410失擬項(xiàng) Lack of fit2.7752.020.229 1誤差 Error1.375總和 Sum160.5819

        注:**表示極顯著(<0.01),*表示顯著(<0.05)。

        Note: ** and * indicate significance at <0.01 and <0.05, respectively.

        根據(jù)方程組(12)可得最佳包衣棉種種間接觸參數(shù)組合,包衣棉種種間碰撞恢復(fù)系數(shù)

        X

        、靜摩擦因數(shù)

        X

        和滾動(dòng)摩擦因數(shù)

        X

        分別為0.19、0.23和0.13。利用該最佳參數(shù)組合進(jìn)行仿真休止角試驗(yàn),得到休止角相對(duì)誤差為0.72%,將包衣棉種物理試驗(yàn)與仿真試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比(圖7),可知休止角堆形上相似度較高,表明該最佳參數(shù)組合下的仿真結(jié)果準(zhǔn)確可靠,可為后續(xù)EDEM仿真試驗(yàn)研究過程中的接觸參數(shù)設(shè)定提供參考。

        圖7 包衣棉種物理試驗(yàn)與仿真試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比Fig.7 Result comparison between physical experiment and simulation experiment of coated cotton seed

        3 試驗(yàn)驗(yàn)證

        為進(jìn)一步驗(yàn)證包衣棉種離散元模型和仿真參數(shù)的可靠性,搭建小型棉花精密排種器排種試驗(yàn)裝置(圖8)。選取‘新陸中67號(hào)’包衣棉種進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn),取種輪采用3D打印,窩眼孔的直徑為7 mm,深度為10 mm。將排種器簡(jiǎn)化模型、包衣棉種離散元模型和標(biāo)定所得最佳接觸參數(shù)組合導(dǎo)入離散元軟件進(jìn)行仿真試驗(yàn)(圖9)。

        1.電源;2.取種輪;3.種箱;4.CL57C驅(qū)動(dòng)器; 5.57閉環(huán)步進(jìn)電機(jī);6.步進(jìn)電機(jī)控制器 1.Power; 2.Seed picking wheel; 3.Seed box; 4.CL57C drive; 5.57 closed loop stepper motor; 6.Stepper motor controller圖8 棉種排種試驗(yàn)裝置Fig.8 Cotton seed metering experiment device

        圖9 包衣棉種排種仿真試驗(yàn)Fig.9 Seed metering simulation experiment of coated cotton seed

        根據(jù)GB/T 6976—2005《單粒(精密)播種機(jī)試驗(yàn)方法》,窩眼孔中充入1粒種子即為合格,窩眼孔中未充入種子即為漏播。選取取種輪轉(zhuǎn)速為10、15、20、25和30 r/min進(jìn)行試驗(yàn),連續(xù)測(cè)量100個(gè)窩眼孔,每組試驗(yàn)重復(fù)3次取平均值,可得不同取種輪轉(zhuǎn)速下各試驗(yàn)指標(biāo)的臺(tái)架試驗(yàn)和仿真試驗(yàn)結(jié)果(表6),取種輪充種合格率和漏播率相對(duì)誤差平均值分別為1.34%和3.93%,均小于5%,表明該包衣棉種離散元顆粒模型和接觸參數(shù)可用于離散元仿真試驗(yàn)。

        表6 不同轉(zhuǎn)速下排種試驗(yàn)的合格率和漏播率
        Table 6 Qualified rate and missed seeding rate of seed metering experiment at different speeds

        轉(zhuǎn)速/(r/min)Speed合格率/% Qualified rate漏播率/% Missed seeding rate仿真試驗(yàn)Simulationexperiment臺(tái)架試驗(yàn)Benchexperiment相對(duì)誤差Relativeerror仿真試驗(yàn)Simulationexperiment臺(tái)架試驗(yàn)Benchexperiment相對(duì)誤差Relativeerror1084.6883.731.137.657.943.651582.8681.671.469.589.154.702079.5580.421.0812.4712.923.482576.4375.181.6615.3814.843.643070.8271.791.3520.5719.744.20

        4 結(jié) 論

        本研究基于逆向工程技術(shù)建立了包衣棉種的離散元顆粒模型,結(jié)合物理試驗(yàn)和仿真試驗(yàn),運(yùn)用試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法得到了仿真試驗(yàn)中包衣棉種種間最佳接觸參數(shù)組合,并利用小型棉種精密排種器排種臺(tái)架試驗(yàn)與仿真試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。得到主要結(jié)論如下:

        1)‘新陸中67號(hào)’棉種的泊松比為0.27,剪切模量為14 MPa,包衣棉種的自然休止角為37.34°;包衣棉種與有機(jī)玻璃間的碰撞恢復(fù)系數(shù)、靜摩擦因數(shù)和滾動(dòng)摩擦因數(shù)分別為0.25、0.49和0.21。

        2)標(biāo)定得到的包衣棉種種間碰撞恢復(fù)系數(shù)、靜摩擦因數(shù)和滾動(dòng)摩擦因數(shù)分別為0.19、0.23和0.13,該最優(yōu)參數(shù)組合下的仿真試驗(yàn)與物理試驗(yàn)休止角相對(duì)誤差為0.72%。

        3)在不同取種輪轉(zhuǎn)速條件下,臺(tái)架試驗(yàn)和仿真試驗(yàn)的充種合格率和漏播率相對(duì)誤差的平均值均小于5%,進(jìn)一步驗(yàn)證了包衣棉種離散元仿真參數(shù)的可靠性。

        猜你喜歡
        棉種恢復(fù)系數(shù)泊松比
        剛體彈性碰撞中恢復(fù)系數(shù)的探討
        棉種參數(shù)特性測(cè)定研究
        利用恢復(fù)系數(shù)巧解碰撞問題
        具有負(fù)泊松比效應(yīng)的紗線研發(fā)
        棉種化學(xué)脫絨前預(yù)處理系統(tǒng)介紹
        負(fù)泊松比功能的結(jié)構(gòu)復(fù)合紡紗技術(shù)進(jìn)展
        毛紡科技(2020年6期)2021-01-06 03:41:48
        考慮粘彈性泊松比的固體推進(jìn)劑蠕變型本構(gòu)模型①
        固體推進(jìn)劑粘彈性泊松比應(yīng)變率-溫度等效關(guān)系
        “新陸中38”棉種畝產(chǎn)超過500公斤
        落石碰撞法向恢復(fù)系數(shù)的模型試驗(yàn)研究
        精品人妻一区二区三区四区| 精品一区二区av在线| 91国产自拍视频在线| 亚洲男人的天堂av一区| 激情亚洲一区国产精品久久| 久久精品国产成人| 亚欧AV无码乱码在线观看性色 | 久久精品国产亚洲片| 国产一区二区三区经典| 大香蕉av一区二区三区| 一个人看的www片免费高清视频| 国产人妻久久精品二区三区特黄 | 男人j进女人p免费视频| 中文字幕精品乱码一二三区| 国产人成精品免费久久久| 国内精品久久久久国产盗摄| 国产真实乱对白精彩久久老熟妇女| 国产啪精品视频网站| 亚洲午夜久久久久中文字幕久| 青青草视频视频在线观看| 淫片一区二区三区av| 亚洲精品色午夜无码专区日韩 | 国产一区二区三区av在线无码观看| 国产成人免费a在线视频| 中国免费一级毛片| 日韩精品视频免费在线观看网站| 男女猛烈xx00免费视频试看| 狠狠噜天天噜日日噜| 在线观看国产三级av| av资源在线播放网站| 中文字幕一区二区三区乱码人妻| 内射中出日韩无国产剧情| 中文字幕有码无码av| 中国免费av网| 亚洲中文字幕日本日韩| 久久久久人妻精品一区二区三区 | 久久老熟女一区二区三区| 国产日韩av在线播放| 欧美日韩国产成人高清视| 国产成人精品一区二区日出白浆| 香蕉视频在线观看亚洲|