基于EDEM的生猪粥料离散元模型参数标定

[目的]建立粥状饲料的离散元模型有助于开发和优化粥料处理设备,获取生猪粥料的离散元仿真模型参数.[方法]通过配制水料比为1.5∶1～2.0∶1的粥状饲料,测定不同水料比粥料的休止角,建立水料比与休止角的回归方程.以水料比1.8∶1的生猪粥料为研究对象,利用EDEM离散元软件,选取"Hertz-Mindlin with JKR"作为接触模型,采用圆筒提升法进行粥料休止角仿真模拟.以饲料颗粒泊松比、剪切模量、颗粒密度,饲料间碰撞恢复系数、静摩擦系数、滚动摩擦系数,饲料-不锈钢间碰撞恢复系数、静摩擦系数、滚动摩擦系数以及JKR(Johnso-Kendall-Roberts)表面能共10个参数作为试验因素,以粥料休止角为评价指标,采用筛选试验设计(Plackett-Burman design)对模型参数进行筛选,采用最陡爬坡试验确定显著性参数的最优值区间,采用响应曲面试验设计(Box-Behnken design)建立休止角与显著参数的二阶回归模型,通过回归模型计算最优显著参数,最后利用最佳参数组合进行仿真休止角验证试验,并与实际试验进行对比.[结果]筛选试验结果表明,对休止角有显著性影响的参数为饲料间静摩擦系数、饲料间滚动摩擦系数和JKR表面能.响应曲面试验得到的显著参数的最优组合为:饲料间滚动摩擦系数为0.3、饲料间静摩擦系数为0.08、JKR表面能为0.00893 J/m2.验证试验结果表明,仿真试验饲料休止角和实际试验休止角的相对误差为2.45％,且不同方向堆形相似性较高.[结论]基于Hertz-Mindlin with JKR模型标定的离散元参数准确,能较好地模拟生猪粥料的物料性状,该模型可为生猪粥状饲料处理设备的研发和仿真优化提供理论基础.