中国农业大学张东兴教授等：玉米果穗离散元模型构建与脱粒仿真验证

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《农业工程学报》2023年第39卷第24期刊载了中国农业大学崔涛、荆茂盛、张东兴、杨丽、和贤桃与王镇东的论文——“玉米果穗离散元模型构建与脱粒仿真验证”。该研究由国家自然科学基金资助项目（项目号：52275280）等资助。

引文信息：崔涛，荆茂盛，张东兴，等. 玉米果穗离散元模型构建与脱粒仿真验证[J]. 农业工程学报，2023，39(24)：33-46.

doi: 10.11975/j.issn.1002-6819.202307199

▲ 玉米芯轴结构

研究目的与方法：

针对玉米脱粒离散元仿真中果穗模型难以表征籽粒分离和芯轴破碎的问题，该研究构建了玉米果穗聚合体离散元模型并进行脱粒仿真验证。基于玉米芯轴3层结构采用分层建模与网格划分方法建立玉米芯轴离散元模型，结合Plackett-Burman试验、最陡爬坡试验、Box-Behnken试验和仿真弯曲试验标定粘结参数；以马齿型玉米籽粒为原型，采用五球粘结的籽粒-芯轴连接方式建立玉米果穗聚合体离散元模型，仿真标定籽粒与芯轴的连接力；最后模拟梯形杆齿、圆头钉齿和纹杆块3种脱粒分离机构的玉米脱粒进程。

结果与结论：

结果表明：玉米芯轴弯曲破坏力和弯曲刚度仿真结果与实测平均值的相对误差分别为−0.12%和−0.14%，籽粒果柄轴向压缩力和径向压缩力仿真结果与实测平均值的偏差分别为−1.8和2.46 N，3种脱粒分离机构脱粒段仿真区域内籽粒平均法向接触力依次为12.50、12.32和8.03 N，3种脱粒元件对籽粒平均法向接触力的递减趋势与台架试验的籽粒破碎率变化一致，根据籽粒与脱粒元件接触合力的累积频率曲线确定籽粒破碎率的临界接触合力为550 N，仿真未脱净率依次为0.15%、0.37%、0.35%，较台架试验结果分别偏小0.07、偏高0.04和偏小0.25个百分点，沿滚筒轴向籽粒质量分布百分比曲线均表现为正偏态单峰分布，脱粒仿真试验的曲线峰值分别比台架试验高1.03、1.86和0.85个百分点，两者脱粒质量相近。

该玉米果穗聚合体离散元模型参数标定准确，能够准确反映籽粒和芯轴的力学特性差异，可还原玉米脱粒分离过程，为后续脱粒分离机构的优化提供参考依据。