半夏块茎离散元参数标定与试验验证

针对半夏块茎收获、加工等机械化作业过程采用离散元法仿真分析时,半夏块茎本征参数和接触参数缺乏等问题,以旱半夏块茎为研究对象,分别测定其三轴尺寸、含水率、密度、泊松比、弹性模量和剪切模量等本征参数;通过碰撞弹跳试验和斜面滑移试验测定半夏块茎与钢板之间碰撞恢复系数和静摩擦因数;根据块茎特征创建离散元模型,通过斜面滚动试验和EDEM仿真标定半夏块茎与钢板之间的滚动摩擦因数;以半夏块茎堆积角平均值为响应值,基于二次回归正交旋转组合试验的响应面优化法,确定半夏块茎间碰撞恢复系数、静摩擦因数和滚动摩擦因数的较优参数组合。结果表明:半夏块茎的三轴尺寸基本呈正态分布规律,尺寸值在4.03~26.68 mm之间,密度为1012.68 kg·m^(-3),湿基含水率为45.54%,泊松比为0.416,弹性模量平均值为35.93 MPa,剪切模量平均值为15.68 MPa;半夏块茎与钢板之间碰撞恢复系数、静摩擦因数和滚动摩擦因数分别为0.509、0.349和0.0735;半夏块茎间碰撞恢复系数、静摩擦因数和滚动摩擦因数分别为0.587、0.453和0.086。应用所得参数进行侧壁坍塌验证试验,验证试验结果表明,仿真休止角为23.19°,物理试验休止角为22.56°,休止角相对误差为2.79%,表明研究所建立的半夏块茎离散元模型和基础参数可用于半夏块茎相关离散元仿真研究。