农业机械学报

作者：叶大鹏，青家兴，林志强，吴逸腾，赖鸿康，翁海勇

单位：福建农林大学;福建省农业信息感知技术重点实验室,福建农林大学;福建省农业信息感知技术重点实验室,福建农林大学;福建省农业信息感知技术重点实验室,福建农林大学,福建农林大学,福建农林大学;福建省农业信息感知技术重点实验室,

关键词：类芦茎秆;堆积角试验;剪切试验;压缩试验;离散元模型;参数标定

基金：福建省林业科学技术攻关项目（2023FKJ01）、福建省重大专项（2021NZ0101）和福建省自然科学基金项目（KJB23066XA）

针对类芦缺少切割粉碎仿真模型，以类芦为研究对象，建立茎秆的离散元模型并完成具体参数测定与标定。首先，搭建测试平台，测定了类芦茎秆与钢的碰撞恢复系数、静摩擦因数与滚动摩擦因数等接触参数，建立了类芦茎秆模型并开展仿真堆积角试验，根据Box-Behnken试验方案以及物理堆积角（23.47°），标定了茎秆间接触参数。其次，开展物理剪切与压缩试验，得到茎秆最大剪切力Fd=155.18N，最大压缩破坏力Fc=844.36N；为进一步建立柔性类芦茎秆模型，选取Hertz-Mindlin with Bonding为颗粒间粘结模型，通过Central Composite试验方案开展该模型的仿真剪切、压缩试验，以Fd与Fc为优化目标，完成粘结模型参数标定。得到类芦茎秆离散元模型参数：茎秆间的碰撞恢复系数、静摩擦因数和动摩擦因数分别为0.35、0.60和0.0049；粘结模型中单位面积法向和切向刚度分别为6.13×1010N/m3和3.96×1010N/m3，法向应力和切向应力分别为3.5×107Pa和4.0×107Pa。开展仿真验证试验，物理与仿真试验结果最大偏差为4.81%，表明所建立的类芦茎秆离散元模型较为合理，研究结果可为类芦剪切粉碎装置的设计提供理论基础。

来源：2025年第7期

《农业机械学报》期刊编辑部

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