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。

以玉米包衣种子实际堆积角为响应值，基于Isight软件的近似模型和DOE联合模块，通过因素显著性筛选、最优逼近以及响应面优化对玉米包衣种子的仿真接触参数进行标定。本研究的Plackett-Burman设计以玉米包衣种子堆积角为响应值对BPM参数的显著性进行筛选。低水平设定为最初原始水平，高水平设为低水平的2倍，为方便对试验误差进行分析，同时设定虚拟参数，试验参数如表2所示。利用Isight软件的近似模型与DOE模块联合对Plackett-Burman结果进行方差分析，运行前，添加ANOVA Table、主效应图、Pareto图对各参数的显著性进行分析。Plackett-Burman试验后，以对玉米包衣种子堆积角影响显著的参数进行最陡爬坡，以便能快速进入到最优值的附近区域。最陡爬坡试验根据Plackett-Burman试验所得的回归系数来确定爬坡步长。

Box-Behnken试验方差分析结果如表7所示，玉米包衣种间静摩擦系数( H)、法向刚度( J)、切向刚度（ K）、法向刚度-切向刚度（ JK）、静摩擦系数-法向刚度（ HJ）、静摩擦系数二次项（ H2 ）以及切向刚度二次项（ K2 ）的 P值<0.05，表明这些参数对堆积角的影响显著。失拟项 P=0.093>0.05，变异系数 CV=0.801%，表明模型良好，试验有较高的可靠性。决定系数 R2=0.997 4，校正决定系数 R _Adj2=0.992 8，预测决定系数 R _Pre2=0.958 9，表明模型能真实地反映实际情况。试验精密度Adep precision=46.973，表明模型良好的精确度。