基于EDEM-RecurDyn的三七茎秆切割刀片仿真优化设计与试验

摘要

[目的]为提高离散元法对指导三七茎秆切割装置优化设计的准确性和可靠性，建立其根部茎秆聚合体离散元模型，并在此基础上利用EDEM-RecurDyn耦合仿真对切割刀片进行优化设计。[方法]以3年成熟三七根部茎秆为对象，通过物理试验测定其本征参数、表面接触参数及最大剪切力参数；以最大剪切力为响应值设计Plackett-Burman试验、Steepest Ascent试验和BoxBehnken试验来标定黏结参数；基于标定参数构建切割装置EDEM-RecurDyn耦合仿真模型，以切割角、刀刃角、刀片试验试验因素，开展Box-Behnken试验优化切割刀片参数。[结果]以标定三七茎秆离散元黏结参数开展剪切仿真试验，获得的最大剪切力与实测最大剪切力平均值相对误差为1.95%；刀片最优参数组合为切割角13.05°、刀刃角44.27°、刀片厚度4.3 mm，利用EDEM-RecurDyn耦合仿真对最优参数组合进行仿真验证最大剪切力与预测值相对误差为0.95%。[结论]三七根部茎秆聚合体离散元模型参数标定结果可为三七茎秆切割离散元仿真提供参考，切割刀的优化设计结果可用于后续的三七收获设备研发。

关键词

三七茎秆 / 参数标定 / 耦合仿真 / 切割刀片参数优化