[發明專利]一種可破碎谷物顆粒離散元仿真模型構建方法

在審

• 申請號: 201910011149.2
• 申請日: 2019-01-07
• 公開（公告）號: CN109740263A
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發明（設計）人: 曾勇;賈富國;韓燕龍;肖雅文;孟祥祎;陳沛瑀;邱化龍
• 申請（專利權）人: 東北農業大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種可破碎谷物顆粒離散元仿真模型構建方法，所述方法包括如下步驟:步驟1、測量谷物顆粒的三維特征尺寸；步驟2、利用計算機生成谷物顆粒三維模型；步驟3、通過離散元軟件初步建立谷物顆粒離散元仿真模型；步驟4、在步驟3所得離散元仿真模型中引入虛擬圓柱體粘結鍵；步驟5、以常規物理力學試驗所得的力和變形曲線為目標，反復調整離散元仿真模型的細觀參數，使得利用仿真模型計算和實際測量所得到的力與變形曲線相吻合，從而建立可破碎谷物顆粒離散元仿真模型，該方法同時考慮谷物顆粒具有可破碎及粘彈性力學屬性的特點，使其離散元仿真模型更加與實際谷物顆粒接近，可以廣泛用于糧食加工過程中谷物顆粒破碎機理研究。

技術領域

本發明涉及谷物加工過程數值仿真技術領域，具體涉及一種可破碎谷物顆粒離散元仿真模型構建方法。

背景技術

谷物加工過程廣泛存在谷物顆粒間及谷物顆粒與加工設備間的相互作用，如擠壓、剪切、沖擊等。然而，在相互作用過程中，谷物顆粒會因所受外部載荷超過其自身極限強度而出現破碎。就玉米碴制取、小麥粉制取等谷物加工而言，谷物顆粒破碎將有助于改善其食用口感，提高人體對其營養成分的吸收能力，最大限度地發揮谷物中功能成分的功效，提高谷物附加值。相反，針對稻谷碾米、高粱米制取等谷物加工而言，谷物顆粒破碎將導致其食用品質及經濟價值均降低。顯然，無論谷物顆粒的破碎被期待與否，但從細觀尺度明晰其破碎機理，一方面是從根本上解決谷物破碎問題的有效途徑，另一方面是實現按需掌控谷物增碎的有效方法。

近些年來隨著計算機和數值模擬的不斷發展，虛擬仿真技術在谷物加工領域得到了較為廣泛地應用。然而，傳統虛擬仿真試驗通常是將谷物顆粒作為均質各向同性的純彈性體來考慮，且僅模擬其在相應加工過程中的動態運動行為，但未能重現普遍具有粘彈性力學屬性的谷物顆粒的破碎現象，導致虛擬仿真試驗與實際谷物加工試驗存在一定偏差。

本發明專利提供了一種谷物顆粒離散元仿真模型建立的新方法，在顯著減少試驗工作量及成本，大大地縮短研究周期的基礎上，可真實地模擬谷物顆粒破碎，方便地分析其在加工過程中的破碎機理，為谷物加工設備的設計與試驗提供高效的途徑和方法。就己經掌握的文獻及專利資料來看，從考慮粘彈性力學屬性的角度對可破碎谷物顆粒離散元仿真模型的建立尚未見報道。

發明內容

發明目的，本發明提供一種可破碎谷物顆粒離散元仿真模型構建方法，突破了谷物加工過程離散元模擬中虛擬谷物顆粒模型不可破碎的難點，該方法同時考慮了真實谷物顆粒所具有的粘彈性力學屬性，使其建模得到的谷物顆粒更加與實際谷物顆粒接近。

本發明采用的技術方案是：一種可破碎谷物顆粒離散元仿真模型構建方法，其特征在于建模步驟如下:

步驟1、基于對實際谷物顆粒特征尺寸的測量，獲取近似谷物顆粒的幾何體初始尺寸；

步驟2、基于步驟1獲取的所述谷物顆粒初始尺寸，在CAD設計軟件中生成近似谷物顆粒幾何體的三維模型；

步驟3、基于步驟2獲取的所述谷物顆粒三維模型，在離散元軟件中利用基本粒子對三維模型進行填充，建立谷物顆粒的初始離散元仿真模型；

步驟4、基于步驟3獲取的所述谷物顆粒初始仿真模型，在其中引入虛擬圓柱體粘結鍵，構建初始可破碎谷物顆粒離散元仿真模型；

步驟5、以常規物理力學試驗測量谷物顆粒所得到的力和變形曲線為目標，調整基于步驟4獲取的所述初始可破碎谷物顆粒離散元仿真模型的細觀參數，使得利用離散元仿真模型計算得到的力和變形曲線與實際測量得到的力和變形曲線相吻合，從而得到可破碎谷物顆粒離散元仿真模型。

與現有技術相比，本發明的有益效果是:

本發明相較于傳統的谷物顆粒離散元建模方法，通過虛擬圓柱體粘結鍵構建的近似谷物顆粒的聚合體，使所建立的谷物顆粒離散元仿真模型可滿足糧食加工過程中谷物顆粒破碎機理研究的需要。