南夏豆25收獲期植株離散元建模方法與參數標定

譚云峰，陳 霖，胡 森，王 鍵，陳治帆，呂小榮

（四川農業大學機電學院，四川 雅安 625014）

大豆作為我國重要農業作物之一，是植物油和植物蛋白主要來源，對我國油脂安全供給、畜牧業發展及國家糧食安全具有重要意義[1-2]。大豆機械化收獲是實現大豆生產全程機械化重要環節。作為收獲機核心部件，脫粒裝置對整機工作質量起決定性作用[3]，收獲過程損失降低經濟效益。莖稈是大豆收獲過程中主要雜質，其物理特性對收獲過程影響較大。脫粒過程復雜，試驗中較難獲得物料狀態變化數據。因此，有必要建立還原度較高的大豆莖稈模型，為脫粒過程中莖稈與脫粒裝置交互作用研究提供可靠依據。

目前已有針對植株仿真試驗的相關研究。大多采用圓形顆粒堆砌成剛性長桿模型，但植株脫粒過程中出現彎曲變形、破碎等現象，傳統剛性植株模型在仿真計算過程中被視作無任何位移變形的剛體。劉基、謝干等使用莖稈幾何參數建立剛性大豆、小麥莖稈模型，利用離散元仿真研究脫粒過程中籽粒破碎情況、功耗影響因素[4-5]。王萬章等在多球面填充法構建剛性莖稈模型基礎上，基于Hertz－Mindlin with bonding接觸模型構建小麥柔性莖稈模型，該接觸模型可承受一定量法向和切向位移，直至到達臨界法向和切向力，模型可彎曲和破碎[6]；趙吉坤等利用EDEM 軟件中Hertz-Mindlin with Bonding 模型建立水稻秸稈模型，在秸稈彎曲力學特性試驗基礎上，對模型參數進行標定[7]；Wang 等利用空心圓柱彈性鍵建立水稻植株離散元模型并在顆粒水平上準確描述柔性水稻植株在多重相互作用條件下動態行為[8]；……