李飞翔, 王鹏, 王云飞, 葛越锋, 唐凯怿, 李得志

中国农业科技导报 2022, 24 (7): 97-107. DOI:10.13304/j.nykjdb.2021.0402

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为获得基于黏结颗粒模型（BPM）玉米包衣种子离散元仿真所需的精确接触参数，基于堆积试验对玉米包衣种子的仿真参数进行标定。对郑单958玉米包衣种子分类筛选后，通过激光扫描仪对轮廓较好的种子进行扫描，得到点云数据，并通过CATIA软件对点云数据进行处理，最终得到玉米种子仿真模型。设计Plackett-Burman试验，通过Isight软件的近似模型与DOE联合模块对试验结果进行分析，筛选出对堆积角影响显著的参数：玉米种子-玉米种子静摩擦系数、法向刚度与切向刚度。基于Isight软件RSM优化模块，根据Box-Behnken试验结果建立堆积角与显著性参数的二阶回归模型，得到参数的最佳组合：玉米种子-玉米种子静摩擦系数0.269、法向刚度2.54×10⁸ N·m^-3、切向刚度5.93×10⁷ N·m^-3。将标定参数仿真所得堆积角与真实试验值进行对比，二者相对误差为0.98%。上述结果表明，响应面分析可用于标定玉米包衣种子的离散元仿真参数，为玉米气力式排种器的结构设计与参数优化提供参考。

仿真模型采用与实际试验模型相同尺寸，按照筛选的大扁形、长扁形、类球形种子2∶3∶5的比例生成颗粒。颗粒堆积仿真试验如图3所示，为节省仿真时间，先以圆柱底盘为虚拟工厂生成颗粒，待底盘表面落满颗粒后，导出仿真时间为0时的文件；再以漏斗为虚拟工厂，进行堆积角仿真试验，待底盘溢出一定数量颗粒后，停止生成颗粒。采用后处理自带的量角器，测量堆积角。

根据主效应和Pareto图分析，筛选出对堆积角影响显著的参数：玉米种子-玉米种子静摩擦系数、法向刚度、切向刚度。基于RSM模块，建立3个显著性参数与堆积角间的二次回归模型，由方差分析结果可知，交互项静摩擦系数-法向刚度（ HJ）、法向刚度-切向刚度（ JK）以及3个显著性参数的二次项（ H2 ）对玉米包衣种子堆积角影响极显著。