一种用于韭菜切割模拟的多层力学模型建模方法

本发明涉及数值模拟分析计算领域，具体涉及一种用于韭菜切割模拟的多层力学模型建模方法。

背景技术：

1、目前市面上已经存在的韭菜收割机在收割过程中存在收割后残留根茎不整齐、过低、过高等问题。这些问题会导致在韭菜收割机收割过程中收割刀片产生振动以及与土壤产生磨损，从而加速韭菜收割机收割刀片的破坏、老化、钝化等问题，减少刀具使用寿命。

2、想要解决上述问题的首要任务就是优化韭菜收割机的收割系统。随着计算机数值模拟技术的发展，使用计算机模拟收割系统切割韭菜根茎的方法能够大大的节省成本与时间。基于上述问题与讨论，目前有多位学者使用离散元的方法建立植物模型，但是有关韭菜的离散元模型尚未出现，并且目前文献中所使用的方法并不适用于韭菜根茎的生长结构。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于韭菜切割模拟的多层力学模型建模方法，其能够有效的模拟根茎模型在模拟切割过程中的特性，并且通过切割仿真对比实验验证根茎模型的准确性。

2、在本发明的一个方面，本发明提出了一种用于韭菜切割模拟的多层力学模型建模方法。根据本发明的实施例，对韭菜根茎部位进行切割试验，分析韭菜根茎各个部分的几何结构、物理参数，测量其力学性能参数，建立具有切割特性的多层韭菜根茎力学模型。

3、另外，根据本发明上述实施例的一种用于韭菜切割模拟的多层力学模型建模方法，还可以具有如下附加的技术特征：

4、在本发明的一些实施例中，所述切割试验如下，使用刀片沿着韭菜最外层纤维生长方向将最外层外皮切开，分散出韭菜根茎所有部分，观察每个根茎的组成部分后得出生长结构的规律性结论。

5、在本发明的一些实施例中，所述物理参数包括几何尺寸、密度、含水率。

6、在本发明的一些实施例中，测量其力学性能参数包括如下步骤：

7、步骤1、根据物理参数的结果，将韭菜分为外皮、内芯两部分；

8、步骤2、对韭菜外皮做拉伸实验，得到其拉伸所需最大力与拉伸模量；

9、步骤3、对所述韭菜内芯做拉伸实验，得到其拉伸所需最大力与拉伸模量。

10、在本发明的一些实施例中，所述多层韭菜根茎力学模型建立步骤如下：

11、步骤1、分别新建8种相同参数的颗粒材料，设置所述颗粒材料的力学参数，并添加默认的接触参数；

12、步骤2、在8种颗粒材料下分别建立对应的单一球形颗粒模型，设置单一球形颗粒的相关参数，所述相关参数包括物理半径、粘接半径，并自动计算所述颗粒的体积；

13、步骤3、利用8种颗粒材料下建立的对应单一球形颗粒，堆积出具有两层外皮与两条内芯的韭菜根茎模型；

14、步骤4、根据测量的力学性能参数，将通过计算后得到的参数设置到颗粒与颗粒之间的bondingv2粘接键参数中。

15、在本发明的一些实施例中，所述步骤1中，力学参数包括泊松比、密度、拉伸模量，接触参数包括恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数。

16、在本发明的一些实施例中，所述步骤3中，两层外皮为韭菜最外层模型与次外层模型，分别为两个直径不同的圆管形状模型，并且相互嵌套。

17、在本发明的一些实施例中，所述步骤3中，两条内芯为截面为半圆形的柱体模型，并且两条内芯相互对称地放置在两层相互嵌套的外皮内部，外皮和内芯的总体模型呈现圆柱体。

18、在本发明的一些实施例中，所述步骤4中，颗粒与颗粒之间的bondingv2粘接键具体包括最外层模型圆周向粘接键、最外层模型轴向粘接键、次外层模型圆周向粘接键、次外层模型轴向粘接键、内芯径向粘接键、内芯轴向粘接键、最外层模型与次外层模型粘接键、次外层模型与内芯粘接键、内芯与内芯粘接键。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

20、本发明根据韭菜根茎部位的生长形式，首次提出多层结构的力学模型，并且使用edem软件中bondingv2方法进行粘接。本发明不仅能够设置每一层模型的轴向与径向粘接强度，还可以设置层与层之间的粘接强度。从理论上来说，本发明中的离散元模型更加贴合韭菜模型的生长结构以及其力学性能。

技术特征：

1.一种用于韭菜切割模拟的多层力学模型建模方法，其特征在于：对韭菜根茎部位进行切割试验，分析韭菜根茎各个部分的几何结构、物理参数，测量其力学性能参数，建立具有切割特性的多层韭菜根茎力学模型。

2.根据权利要求1所述的一种用于韭菜切割模拟的多层力学模型建模方法，其特征在于：所述切割试验如下，使用刀片沿着韭菜最外层纤维生长方向将最外层外皮切开，分散出韭菜根茎所有部分，观察每个根茎的组成部分后得出生长结构的规律性结论。

3.根据权利要求1所述的一种用于韭菜切割模拟的多层力学模型建模方法，其特征在于：所述物理参数包括几何尺寸、密度、含水率。

4.根据权利要求1所述的一种用于韭菜切割模拟的多层力学模型建模方法，其特征在于：测量其力学性能参数包括如下步骤：

5.根据权利要求1所述的一种用于韭菜切割模拟的多层力学模型建模方法，其特征在于，所述多层韭菜根茎力学模型建立步骤如下：

6.根据权利要求5所述的一种用于韭菜切割模拟的多层力学模型建模方法，其特征在于：所述步骤1中，力学参数包括泊松比、密度、拉伸模量，接触参数包括恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数。

7.根据权利要求5所述的一种用于韭菜切割模拟的多层力学模型建模方法，其特征在于：所述步骤3中，两层外皮为韭菜最外层模型与次外层模型，分别为两个直径不同的圆管形状模型，并且相互嵌套。

8.根据权利要求7所述的一种用于韭菜切割模拟的多层力学模型建模方法，其特征在于：所述步骤3中，两条内芯为截面为半圆形的柱体模型，并且两条内芯相互对称地放置在两层相互嵌套的外皮内部，内芯和外皮的总体模型呈现圆柱体。

9.根据权利要求5所述的一种用于韭菜切割模拟的多层力学模型建模方法，其特征在于：所述步骤4中，颗粒与颗粒之间的bondingv2粘接键具体包括最外层模型圆周向粘接键、最外层模型轴向粘接键、次外层模型圆周向粘接键、次外层模型轴向粘接键、内芯径向粘接键、内芯轴向粘接键、最外层模型与次外层模型粘接键、次外层模型与内芯粘接键、内芯与内芯粘接键。

技术总结本发明公开了一种用于韭菜切割模拟的多层力学模型建模方法，所述方法通过对韭菜根茎的生长结构、物理参数与力学特性的试验研究，确定了韭菜根茎各个部分的几何结构、物理参数，测量其力学性能参数。根据所测量得到的韭菜根茎几何结构与力学性能参数，使用EDEM软件建立具有切割特性的多层韭菜根茎力学模型。该用于韭菜切割模拟的多层力学模型建模方法不仅能够为韭菜切割仿真提供精准的韭菜根茎离散元模型，更是为使用离散元方法建立其他具有切割特征的植物离散元模型提供依据。技术研发人员：朱林,解新宇,李彦晨,周文轩,邹晓睿受保护的技术使用者：安徽农业大学技术研发日：技术公布日：2024/8/5