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谈脱粒基于三维离散元法玉米脱粒过程策略查抄袭率

收藏本文 2024-01-15 点赞:6667 浏览:19055 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:玉米是典型的多用途高产作物,经过多年进展,我国玉米的种植面积,已成为仅次于水稻的第二大作物,年产玉米近一亿五千万吨。由于各地地理和气候等理由,大部分玉米都是收获晾晒后,再进行脱粒操作。由此,玉米脱粒机的利用非常广泛,对于保证玉米收后质量和农民增收起着重要作用。由于脱粒机工作历程的复杂性,到目前为止国内外对玉米脱粒机的探讨和设计,大都采取试验策略、统计浅析策略或传统连续介质力学的浅析策略,本论文采取离散元法探讨玉米的脱粒历程。在综述了玉米脱粒机原理和结构以及国内外对于脱粒历程探讨近况的基础上,以一种滚筒式玉米脱粒机为探讨对象,通过对玉米果穗的物理力学性质测试浅析、玉米果穗建模策略的探讨、三维离散元法边界建模软件的研制、玉米脱粒历程的离散元法计算策略的探讨,研制了基于三维离散元法的玉米脱粒历程仿真浅析软件,进行了玉米脱粒历程台架试验,并采取研制的软件对该历程进行了仿真浅析,通过仿真结果与试验结果的比较,验证了所建立策略和软件的可行性和有效性,为玉米脱粒历程的探讨和脱粒机的优化设计建立了一种新策略,本论文的主要工作和结论如下。1)对先锋8号玉米果穗的物理力学性质进行了测试浅析,包括玉米果穗长度、果穗行数、行粒数、果穗大小端直径、玉米芯大小端直径、行内籽粒偏移角度、行间籽粒偏移量,各段玉米果穗的参数以及玉米籽粒和玉米芯的密度和含水率等,并分别测试了各段玉米果穗的玉米籽粒与玉米芯连接处的刚度系数和连接力,提出了玉米籽粒与玉米芯连接力的计算策略和连接的破坏准则,为采取离散元法仿真浅析玉米的脱粒历程奠定基础。2)在深入探讨玉米果穗、玉米籽粒和玉米芯结构的基础上,提出了基于颗粒聚合体的玉米果穗浅析模型建模策略,通过所建立的浅析模型与实际玉米果穗的比较,验证了提出的玉米果穗浅析模型建模策略的可行性。3)在深入探讨UG软件及其二次开发策略、探讨规则曲面类型及信息提取策略的基础上,研制了基于UG软件的三维离散元法边界建模软件,通过所建立玉米脱粒机浅析模型的初步验证,证明了该边界建模软件的可行性和有效性。4)对玉米脱粒历程的离散元法计算策略进行了深入的探讨,提出了浅析玉米脱粒历程的离散元法浅析策略,主要包括:颗粒间及颗粒与边界间的邻居搜索和接触检测策略、颗粒间及颗粒与边界间的接触力计算策略、玉米果穗内部的接触检测和受力计算策略,颗粒运动的求解策略等。5)基于面向对象技术,研制出基于离散元法的玉米脱粒历程仿真浅析软件,进行了软件的需求浅析、概要设计和详细设计,对软件的各个功能进行了测试,包括对玉米果穗模型与边界的接触历程测试,邻居搜索和接触检测策略的测试以及对玉米脱粒历程仿真浅析、脱粒性能浅析功能的测试,通过给出的测试用例,证明了研制的脱粒历程仿真浅析软件的可行性和有效性。6)以一种滚筒式玉米脱粒机为对象,进行了玉米脱粒历程的台架试验,探讨不同因素对玉米脱粒历程和脱粒机性能的影响,得到如下结论:①不同滚筒转速下(122.7~317.15r/min),试验脱净率随滚筒转速的提升而增加,转速低于250r/min时,脱净率的受转速影响较大,脱粒效果很不稳定;转速高于250r/min时,脱净率达96%以上,此时脱净率的变化受转速影响变小,脱粒效果显著变好。不同果穗投入量下(5~20穗)及不同果穗部位下(上段、中段和下段),脱净率的变化波动较小;②不同转速下,籽粒数量的分布沿脱粒机滚筒轴向逐步减少,滚筒轴线两端脱落籽粒数量差别较大,而在最后一段的分离率随转速的增加而增加。不同果穗投入量下,籽粒的分布基本沿滚筒轴向逐步下降,脱粒机滚筒转速、果穗投入量以及果穗部位对籽粒的轴向分布曲线影响均比较小。7)采取自主研制的三维离散元法仿真浅析软件,对玉米脱粒历程进行了仿真浅析,并将仿真结果与试验结果进行了比较,得到如下结论:①不同滚筒转速下(65.5~500r/min),仿真脱净率随滚筒转速的提升而增加,这一变化走势与台架试验结果相同。当滚筒转速低于252.10r/min时,仿真脱净率略低于试验结果;当滚筒转速为122.70r/min时,两者误差最大为9.99%;当转速提升后,仿真结果略高于台架试验结果,且脱净率变化的波动很小。不同果穗投入量下,仿真脱净率随投入量的增加而增加,这一变化走势与台架试验相同。脱净率受果穗投入量及果穗部位的影响也较小;②不同滚筒转速下,仿真时脱落籽粒数量分布沿滚筒轴向减少,并且仿真和试验的分布曲线在变化规律上大致相同,但多数情况下两者在轴向第1段籽粒分布差距相对较大(误差在10%左右)。脱粒机滚筒转速、果穗投入量以及果穗部位对籽粒的轴向分布曲线影响均比较小;③仿真输入参数在实测范围内选取时,玉米果穗的脱净率随颗粒刚度系数的增大而增大;3种摩擦系数下,脱净率均大于98%,脱净率受摩擦系数的影响较小;④仿真输入参数在实测范围内选取时,不同刚度系数及摩擦系数下,仿真时脱落籽粒分布沿滚筒轴向减少,这一变化走势与台架试验结果相同;⑤转变脱粒机CAD模型后,不同滚筒转速下,仿真脱净率随滚筒转速的提升而增加,脱落籽粒分布沿滚筒轴向逐步减少,这一变化走势与转变前仿真结果相同。由于转变脱粒机的结构,加大了钉齿对玉米果穗的打击机会,使不同转速下的仿真脱净率均高于转变前结果,以及滚筒第1段分布籽粒数量百分比均高于转变前结果。8)通过软件仿真与试验结果的比较浅析,初步证明了本论文所建立策略和软件的可行性和有效性,为玉米脱粒历程浅析和脱粒机的优化设计建立了一种新策略。关键词:离散元法论文玉米脱粒论文边界建模论文颗粒聚合体论文计算机仿真论文数字化设计论文

    摘要4-7

    Abstract7-15

    第1章 绪论15-23

    1.1 课题的提出及作用15-16

    1.2 国内外探讨近况及有着不足16-21

    1.2.1 玉米脱粒机的种类和结构16-18

    1.2.2 脱粒历程的探讨近况及进展走势18-21

    1.3 本论文探讨目标及主要内容21-23

    第2章 玉米果穗物理力学性质测试浅析23-33

    2.1 引言23

    2.2 玉米果穗物理性质测试23-27

    2.2.1 玉米果穗表征参数测试23-26

    2.2.2 玉米籽粒和玉米芯密度测试26

    2.2.3 玉米籽粒含水率测试26-27

    2.3 玉米果穗力学性质测试27-32

    2.3.1 测试原理及策略28-29

    2.3.2 测量结果及浅析29-32

    2.4 本章小结32-33

    第3章 基于颗粒聚合体的玉米果穗建模策略探讨33-49

    3.1 引言33

    3.2 玉米果穗结构浅析33-34

    3.3 玉米芯浅析模型建模策略34-37

    3.3.1 玉米芯建模策略及步骤34-35

    3.3.2 玉米芯组成球球心坐标及半径计算策略35-37

    3.4 玉米籽粒浅析模型建模策略37-42

    3.4.1 玉米籽粒建模策略及步骤37

    3.4.2 玉米籽粒各参数计算策略37-40

    3.4.3 籽粒组成球球心坐标及半径计算策略40-42

    3.5 玉米果穗浅析模型建模策略42-45

    3.5.1 玉米果穗几何模型建模策略42-43

    3.5.2 玉米籽粒与玉米芯之间连接的力学模型43-44

    3.5.3 玉米籽粒与玉米芯连接的破坏准则44

    3.5.4 玉米芯小块之间的连接模型44-45

    3.6 玉米果穗颗粒群体生成策略45-46

    3.6.1 玉米果穗多种尺寸分布方式45

    3.6.2 玉米果穗颗粒群体生成策略45-46

    3.7 玉米果穗建模的实例验证46-47

    3.8 本章小结47-49

    第4章 基于 UG 的三维离散元法边界建模软件研制49-71

    4.1 引言49-50

    4.2 UG 软件及其二次开发工具50-54

    4.2.1 UG 软件及其二次开发工具50-51

    4.2.2 UG/Open API 运用程序的运转环境51-52

    4.2.3 UG/Open API 运用程序的初始化与终止52

    4.2.4 利用 MFC 运用向导创建程序的步骤52-54

    4.2.5 运用程序的自动加载54

    4.3 边界几何信息的提取策略54-62

    4.3.1 多边形平面、圆形平面、弓形平面的信息及提取策略55-57

    4.3.2 球面、球冠面、球台面的信息及提取策略57-58

    4.3.3 直圆柱面、非完整直圆柱面的信息及提取策略58-59

    4.3.4 圆锥面、圆台面的信息及提取策略59-60

    4.3.5 曲圆柱面、非完整曲圆柱面的信息及提取策略60-62

    4.4 软件关键技术的实现策略62-65

    4.4.1 曲面自动识别62-63

    4.4.2 虚边界的设定63-64

    4.4.3 规律分布功能64-65

    4.4.4 边界属性信息的设定65

    4.5 边界建模的实例验证65-69

    4.6 本章小结69-71

    第5章 基于离散元法的玉米脱粒历程浅析策略探讨71-89

    5.1 引言71

    5.2 颗粒与边界的邻居搜索71-72

    5.2.1 邻居搜索策略的原理71-72

    5.2.2 邻居搜索策略的步骤72

    5.3 颗粒间的接触检测和接触力计算72-77

    5.3.1 颗粒间的接触检测策略73-74

    5.3.2 颗粒间的接触力计算74-77

    5.4 颗粒与边界间的接触检测和接触力计算77-82

    5.4.1 颗粒与边界间的接触检测策略78

    5.4.2 颗粒与边界间的接触力计算78-82

    5.5 玉米果穗内部接触检测和受力计算82-83

    5.5.1 相邻籽粒间的接触检测及接触力计算82

    5.5.2 玉米籽粒与玉米芯间的连接力计算82-83

    5.6 颗粒运动求解83-87

    5.6.1 玉米果穗运动求解84-86

    5.6.2 未脱落玉米籽粒相对于玉米芯的运动求解86-87

    5.7 本章小结87-89

    第6章 脱粒历程仿真浅析软件的研制及测试89-101

    6.1 引言89

    6.2 软件的功能需求浅析89-91

    6.2.1 需求浅析89-90

    6.2.2 系统行为模型的建立90-91

    6.3 软件的概要设计91-93

    6.4 软件的详细设计93-96

    6.4.1 玉米果穗的生成93-94

    6.4.2 邻居搜索检测流程94-95

    6.4.3 玉米果穗内部接触检测流程95-96

    6.5 软件测试及实例验证96-100

    6.5.1 邻居搜索策略的测试96-97

    6.5.2 玉米果穗与边界接触测试97-98

    6.5.3 玉米脱粒历程测试98-100

    6.6 本章小结100-101

    第7章 玉米脱粒历程台架试验及仿真浅析101-129

    7.1 引言101

    7.2 试验案例及设备101-104

    7.2.1 滚筒式玉米脱粒机101-103

    7.2.2 试验案例103-104

    7.3 玉米脱粒历程试验结果及浅析104-110

    7.3.1 脱净率试验结果浅析104-107

    7.3.2 轴向分布曲线的试验结果浅析107-110

    7.4 仿真模型的建立110-111

    7.4.1 脱粒机浅析模型110-111

    7.4.2 玉米果穗浅析模型111

    7.5 玉米脱粒历程仿真结果及浅析111-120

    7.5.1 脱净率的仿真结果及浅析112-116

    7.5.2 轴向分布曲线的仿真结果及浅析116-120

    7.6 转变仿真参数及脱粒机 CAD 模型的仿真结果及浅析120-125

    7.6.1 不同刚度系数的仿真结果及浅析120-121

    7.6.2 不同摩擦系数的仿真结果及浅析121-123

    7.6.3 不同脱粒机结构的仿真结果及浅析123-125

    7.7 本章小节125-129

    第8章 全文总结与展望129-133

    8.1 全文总结129-130

    8.2 工作展望130-133

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