农业领域离散元法(DEM)参数标定现状与发展
2021-12-03吴正阳谢方平梅玉茹王修善刘大为
吴正阳,谢方平,2※,梅玉茹,王修善,2,刘大为,2,邬 备,2
(1.湖南农业大学机电工程学院,长沙 410128;2.智能农机装备湖南省重点实验室,长沙 410128)
引言
离散元法(DEM)是一种将介质整体视为若干颗粒单元集合的数值模拟方法,利用牛顿第二定律和接触模型,以每个颗粒的运动学和动力学行为描述整体特征。从1979年提出至今,ITASCA公司开发的PFC-2D/3D、DEM Solution公司推出的EDEM、ESSS公司研发的Rocky-DEM、开源LIGGGHTS、ESyS-Particle等DEM软件为DEM的广泛应用奠定了基础。
DEM已被广泛应用于葡萄和玉米脱粒[1,2]、玉米和水稻清选[3-6]、土壤与农机具相互作用[7-15]等农业领域。由于农业物料外形各异、尺寸不一,农田土壤粒度分布复杂、孔隙度不均匀,DEM模拟的物料外形尺寸或土壤粒度和孔隙度存在一定的误差。该误差会导致仿真对象的物理特性与实际情况存在较大差异。为在DEM中再现研究对象的实际物理特性,需要确定合理的DEM参数以弥补差异。因此,DEM参数标定是DEM准确仿真的重要前提,也是大部分DEM仿真研究的重要组成部分。
DEM相关的文献出版数量呈指数式增长[16],而其中只有小部分涉及详细的DEM参数标定方法[17],且有关详细的DEM参数标定文献大都出自南非Stellenbosch大学机电工程系的 Corné Coetzee[1,19-28]。大部分与DEM仿真研究相关的文献没有提及如何获得参数[3-5]或者直接引用其他来源的参数[8,10,11,15,29]。
当前DEM接触模型发展迅速[12,30,31],但与模型对应的接触参数的系统化标定方法发展相对缓慢,在一定程度上影响了DEM仿真研究的发展。通过总结近10年国内外研究采用的不同标定流程以及标定方……
