霍星辰 宋衛(wèi)東 王明友 王教領(lǐng) 丁天航 李鋒

摘要：為確定雙孢菇麥粒菌種EDEM離散元仿真參數(shù)，通過實(shí)測試驗(yàn)測得其3軸尺寸、含水率、千粒質(zhì)量、顆粒密度等本征參數(shù)，借助Matlab圖像處理技術(shù)測得雙孢菇堆積角為25.25°。利用EDEM仿真軟件設(shè)計(jì)Plackett-Berman試驗(yàn)和二次回歸通用旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)，篩選顯著因素并建立二次回歸模型，進(jìn)而得出雙孢菇麥粒菌種離散元仿真分析參數(shù)最優(yōu)組合，泊松比為0.305，剪切模量為5.07 MPa，顆粒密度為1 916 kg/m3，種間碰撞恢復(fù)系數(shù)0.5、滑動摩擦因數(shù)0.4、滾動摩擦因數(shù)0.018，種與塑料的碰撞恢復(fù)系數(shù)為0.335，滑動摩擦因數(shù)為0.55，滾動摩擦因數(shù)為0.055。設(shè)計(jì)驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果表明，該參數(shù)組合下的仿真試驗(yàn)和實(shí)測試驗(yàn)結(jié)果無顯著差異。標(biāo)定所得雙孢菇麥粒菌種仿真分析參數(shù)組合可為麥粒菌種仿真試驗(yàn)提供參考。

關(guān)鍵詞：雙孢菇麥粒菌種;離散元;Matlab;堆積角;仿真標(biāo)定

中圖分類號： S220.1：O347.7文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2019）18-0271-06

收稿日期：2018-06-11

基金項(xiàng)目：公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（編號：201503137）;國家食用菌產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目（編號：CARS-20）。

作者簡介：霍星辰（1992—），男，遼寧阜新人，碩士研究生，主要從事農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程研究。E-mail：2572410338@qq.com。

通信作者：宋衛(wèi)東，研究員，碩士生導(dǎo)師，主要從事食用菌栽培全程機(jī)械化技術(shù)與裝備研究。E-mail：songwd@163.com。

雙孢菇營養(yǎng)豐富，味道鮮美，是人們?nèi)粘Ｉ钪兄饕M(fèi)的食用菌之一。雙孢菇產(chǎn)地分布廣泛，是全球性栽培的食用菌，其產(chǎn)量占食用菌總產(chǎn)量的45%左右[1-3]。雙孢菇在我國十分受歡迎，近年來，我國成為世界雙孢菇年平均產(chǎn)量最大的國家，占世界雙孢菇年產(chǎn)量的70%[4]。2016年我國雙孢菇產(chǎn)量達(dá)254.69萬t，位于香菇和平菇之后，居于第3位[5]。但我國雙孢菇生產(chǎn)水平落后，相關(guān)理論知識尚不完善。若要規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)化雙孢菇生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，包括拌料、培養(yǎng)料堆制與發(fā)酵、接種、播種、覆土、噴水、釆收和清床，需要確定雙孢菇及其麥粒菌種的表征參數(shù)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與廣泛應(yīng)用，仿真模擬技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域得到了巨大發(fā)展。隨著有限元法和計(jì)算流體力學(xué)在工程上用于解決復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)問題之后，針對顆粒物料和巖土工程的離散元法也得到普遍應(yīng)用。利用離散元法模擬分析可以獲得顆粒物料復(fù)雜的運(yùn)動信息、力學(xué)信息以及能量信息等，幫助解決產(chǎn)品設(shè)計(jì)、研發(fā)、優(yōu)化過程中遇到的問題。仿真模擬參數(shù)直接決定了仿真的精度，所以進(jìn)行離散元模擬分析之前需要獲得準(zhǔn)確的仿真參數(shù)[6-10]。

雙孢菇麥粒菌種是由麥粒經(jīng)過溫水浸泡、瀝干、攪拌、裝袋、滅菌、冷卻、接種、發(fā)菌而形成的。特殊的制作流程使其含水率變高、彈性增大、質(zhì)地變軟，改變了其原有物料的參數(shù)，雙孢菇麥粒菌種播種時(shí)不能完全參照小麥的物料參數(shù)，為了得到準(zhǔn)確的離散元仿真結(jié)果，需要對麥粒菌種物料參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)測量和仿真標(biāo)定。鹿芳媛等通過內(nèi)部坍塌法和側(cè)壁坍塌法的堆積試驗(yàn)得出2種堆積角，利用EDEM設(shè)計(jì)仿真試驗(yàn)標(biāo)定不同含水率下水稻芽種離散元仿真接觸參數(shù)[11]。羅帥等設(shè)計(jì)PB試驗(yàn)和Box-Benken試驗(yàn)，標(biāo)定了JKR粘結(jié)模型蚯蚓糞基質(zhì)離散元仿真參數(shù)[12]。賈富國等利用Matlab圖像處理技術(shù)讀取了稻谷顆粒物料堆積角[13]。劉凡一等在最陡爬坡試驗(yàn)的基礎(chǔ)上確定仿真離散元參數(shù)的區(qū)間，利用Box-Benken試驗(yàn)結(jié)果優(yōu)化了小麥離散元仿真參數(shù)[14]。王云霞等基于不同的接觸材料設(shè)計(jì)仿真試驗(yàn)，得到不同的回歸方程，聯(lián)立求解標(biāo)定了玉米種間滑動摩擦系數(shù)和滾動摩擦系數(shù)[15]。李海偉利用EDEM軟件批處理功能標(biāo)定了散狀物料JKR模型的能量密度、顆粒間的靜摩擦系數(shù)和滾動摩擦系數(shù)[16]。目前，國內(nèi)外尚無關(guān)于雙孢菇麥粒菌種離散元仿真參數(shù)的研究，本研究基于已有的對各類測量散狀顆粒物料的物料參數(shù)的測定方法和仿真標(biāo)定資料，在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所實(shí)驗(yàn)室通過實(shí)測試驗(yàn)測定雙孢菇麥粒菌種的部分本征參數(shù)，并結(jié)合麥粒菌種的實(shí)際輪廓，設(shè)計(jì)堆積角試驗(yàn)，采用圖像處理技術(shù)和離散元軟件EDEM對難以測量的本征參數(shù)和接觸參數(shù)進(jìn)行仿真標(biāo)定。本研究為雙孢菇麥粒菌種排種仿真試驗(yàn)提供依據(jù)，最大程度減小由于仿真參數(shù)造成的試驗(yàn)誤差，并為后續(xù)雙孢菇生產(chǎn)問題研究提供參考依據(jù)。

1?雙孢菇麥粒菌種本征參數(shù)的實(shí)測試驗(yàn)測定

使用離散元分析軟件EDEM進(jìn)行仿真分析時(shí)，前處理部分包含4個(gè)子面板，分別是全局設(shè)置（Globals）、粒子系統(tǒng)（Particles）、幾何體（Geometry）和粒子工廠（Factories）。在全局設(shè)置中需要填寫粒子和接觸材料的本征參數(shù)，包括泊松比、密度和剪切模量，接觸參數(shù)包括粒子間和粒子與接觸材料的碰撞恢復(fù)系數(shù)、滑動摩擦系數(shù)以及滾動摩擦系數(shù)。麥粒菌種的泊松比和剪切模量不易通過試驗(yàn)方法測得，通過查找文獻(xiàn)資料和基于試驗(yàn)所測得的含水率確定其范圍，其中麥粒菌種的泊松比為0.16～0.45，剪切模量為（1.5×106）～（1×107） Pa[17-20]，由于麥粒菌種具有吸水性，所以其密度用小米置換法測定[21]。麥粒菌種排種器的排種輪材質(zhì)為工程塑料，其本征參數(shù)用EDEM軟件自建材料庫參數(shù)。粒子間和粒子與接觸材料的接觸參數(shù)包括碰撞恢復(fù)系數(shù)、滑動摩擦系數(shù)和滾動摩擦系數(shù)，均不易測量，需要進(jìn)行標(biāo)定。其中粒子和接觸材料的碰撞恢復(fù)系數(shù)可以通過實(shí)測試驗(yàn)測定范圍，進(jìn)而減小誤差。在粒子系統(tǒng)中需要定義粒子外形和尺寸，在顆粒工廠中需要定義粒子的質(zhì)量，這些參數(shù)易通過試驗(yàn)測得。

1.1?麥粒菌種3軸尺寸的測定

測量麥粒菌種的幾何尺寸即是測量長、寬、高3軸尺寸，隨機(jī)選取100粒麥粒菌種，對種子表面進(jìn)行適當(dāng)清潔除雜，使用精度為0.02 mm的艾瑞澤電子游標(biāo)卡尺分別測量麥粒菌種的長、寬、高，分別取平均值為5.8、3.6、3.0 mm。根據(jù)所測得3軸尺寸，利用EDEM軟件建立如圖1所示麥粒菌種顆粒六球模型[22]，各球面尺寸及分布如圖2所示。

1.2?千粒質(zhì)量、含水率與顆粒密度的測定

千粒質(zhì)量是顆粒物料重要的本征參數(shù)之一，首先對麥粒菌種進(jìn)行清洗篩選，去除雜質(zhì)和破碎的顆粒，隨機(jī)數(shù)出1 000粒干凈無損傷的麥粒菌種，用上海良平JY5002電子秤（精度0.01 g）稱質(zhì)量，試驗(yàn)重復(fù)10次，均值為58.23 g。

利用奧豪斯MB27快速水分測定儀測出麥粒菌種的含水率，試驗(yàn)進(jìn)行5次，測得平均值為42.11%?？梢钥闯觯?jīng)過特殊加工制作的雙孢菇麥粒菌種的含水率比正常小麥的含水率高出很多。

顆粒密度同樣是顆粒物料的重要參數(shù)。采用小米置換法測量麥粒菌種的顆粒密度，既可以很好地填充麥粒菌種顆粒間隙，又可以避免因麥粒菌種吸水而造成的測量誤差。首先用安衡電子秤（精度0.1 g）測量出200 mL標(biāo)準(zhǔn)紙杯的質(zhì)量m1，然后向紙杯內(nèi)倒?jié)M小米將杯口刮平，稱量紙杯和小米的總質(zhì)量，測量5次并計(jì)算均值為m2。隨機(jī)選出適量麥粒菌種顆粒，清潔去雜質(zhì)后稱得質(zhì)量為m3。倒出紙杯內(nèi)的部分小米，將剛才稱得的麥粒菌種顆粒放入紙杯中，再倒?jié)M小米并將杯口刮平后稱質(zhì)量，此過程同樣重復(fù)5次并取平均值，測得裝滿麥粒菌種和小米的紙杯質(zhì)量為m4，最后計(jì)算麥粒菌種顆粒密度

ρ=m3（m2-m1）/[v（m2+m3-m4）]。

試驗(yàn)測得m1為5.2 g、m2為209.0 g、m3為10.0 g、m4為214.0 g、v為200 mL，計(jì)算所得顆粒密度為1 916 kg/m3。

1.3?麥粒菌種堆積角的測定

堆積角是物料堆積時(shí)所形成的圓錐體母線與地面所成的夾角，其作為物料的本征參數(shù)主要受自身屬性影響。物料堆積角主要反映物料的內(nèi)摩擦性能，通常內(nèi)摩擦性能越大，堆積角越大[23-24]。國內(nèi)外學(xué)者研究表明，通過堆積角試驗(yàn)可以探究物料的內(nèi)摩擦特性，標(biāo)定物料接觸參數(shù)。

本試驗(yàn)采用側(cè)壁坍塌法[25]進(jìn)行堆積角試驗(yàn)，在工程塑料材質(zhì)的方形盒內(nèi)填充已經(jīng)篩選好的雙孢菇麥粒菌種，待麥粒菌種穩(wěn)定后將一側(cè)的擋板撤掉，盒內(nèi)麥粒菌種向撤掉擋板的方向坍塌形成堆積角。在正對著麥粒堆的方向?qū)Χ逊e角進(jìn)行拍照，對所獲得的圖片首先用Photoshop CS6軟件裁剪所需要測得的堆積角部分，然后再使用快速選擇工具選擇出麥粒堆輪廓，獲得1張相對純凈的麥粒菌種堆積角圖片。將圖片在Matlab R2017b中打開，經(jīng)過灰度處理、二值化處理，利用edge函數(shù)提取邊界，利用polyfit函數(shù)對邊界進(jìn)行線性擬合，得出麥粒菌種堆積角邊界一次線性回歸擬合方程，進(jìn)而算出堆積角，圖像處理和計(jì)算結(jié)果如圖3所示。試驗(yàn)進(jìn)行5次并取平均值，得雙孢菇麥粒菌種堆積角為25.25°。

2?麥粒菌種接觸參數(shù)的測定與仿真標(biāo)定

2.1?麥粒菌種與接觸材料碰撞恢復(fù)系數(shù)測定

碰撞恢復(fù)系數(shù)為物料的彈性參數(shù)之一，表示物料發(fā)生碰撞后形變恢復(fù)的能力，碰撞系數(shù)越大，物料恢復(fù)形變的能力越強(qiáng)，彈性越好。發(fā)生完全彈性碰撞（物體碰撞后，形變能夠恢復(fù)，沒有能量損失）時(shí)，碰撞恢復(fù)系數(shù)為1;完全非彈性碰撞（碰撞兩物體結(jié)合到一起）時(shí)，碰撞恢復(fù)系數(shù)為0，其他非彈性碰撞時(shí)，碰撞恢復(fù)系數(shù)在0～1之間。碰撞恢復(fù)系數(shù)定義為碰撞前后兩物體在接觸點(diǎn)的法向方向上分離速度與接近速度之比。碰撞恢復(fù)系數(shù)可用數(shù)學(xué)公式表示為。

Cr=u2n-u1nv2n-v1n。

式中：Cr表示碰撞恢復(fù)系數(shù);u1n、u2n表示分離速度;v1n、v2n表示接近速度[26-27]。

首先篩選出用于碰撞恢復(fù)系數(shù)試驗(yàn)的麥粒菌種，剔除掉形狀不規(guī)則、尺寸偏大或偏小的麥粒菌種。麥粒菌種顆粒從高度為H的試驗(yàn)板自由落體落下，并與安裝在試驗(yàn)支架上與水平方向呈45°角的塑料板碰撞，經(jīng)反彈后落到表面涂有洗潔精的收集板上。為減小個(gè)別籽粒帶來的試驗(yàn)誤差，每次試驗(yàn)選取已經(jīng)分組的20粒種子，以收集板上落點(diǎn)聚集性較好的（>80%）區(qū)域的中心點(diǎn)為測量點(diǎn)，測試2組在收集板不同高度時(shí)的水平距離s1、s2和豎直距離h1、h2。測量碰撞恢復(fù)系數(shù)的裝置和原理圖分別如圖4、圖5所示。

物料從試驗(yàn)支架頂部的投種板上自由落下，在與碰撞板碰撞之前速度為v0=2gH，與碰撞板碰撞后做拋物線運(yùn)動，將運(yùn)動分解為水平方向上的速度vx和豎直方向上的速度vy，拋物線運(yùn)動方程為s=vxt、h=vyt+1/2gt2，通過測量不同載物臺高度試驗(yàn)條件下的水平和豎直位移s1、s2、h1、h2，并聯(lián)立上述公式解得vx和vy為

vx=gs1s2（s1-s2）2（h1s2-h2s1），vy=h1vxs1-gs12vx。

根據(jù)碰撞恢復(fù)系數(shù)定義，并結(jié)合平面幾何三角形公式，計(jì)算得碰撞恢復(fù)系數(shù)cr為

cr=（vx2+vy2）·cos45°+arctanvyvxv0·sin45°。

試驗(yàn)進(jìn)行5次測得麥粒菌種與工程塑料最小碰撞系數(shù)為0.250，最大碰撞系數(shù)為0.420，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

2.2?離散元分析接觸參數(shù)標(biāo)定仿真試驗(yàn)

利用EDEM 2.7軟件，建立圖1所示麥粒菌種顆粒離散元模型，通過上文實(shí)測試驗(yàn)及查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)材料確定雙孢菇麥粒菌種離散元仿真參數(shù)如表2所示。利用Hertz-Mindlin（no slip）接觸模型，在SolidWorks建立側(cè)壁坍塌法堆積角試驗(yàn)的方形盒子并導(dǎo)入EDEM，在工廠平面生成麥粒菌種顆粒填充方形盒子，撤掉一側(cè)擋板形成麥粒堆，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)堆積角試驗(yàn)的仿真。仿真固定時(shí)間步長為Rayleigh時(shí)間步長的25%，數(shù)據(jù)保存間隔為0.5 s，最小網(wǎng)格直徑設(shè)置為3R，針對筆者自己的電腦設(shè)置仿真引擎為40核。

2.3?仿真試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析處理

2.3.1?Plackett-Burman篩選顯著影響因子?雙孢菇麥粒菌種各個(gè)離散元仿真參數(shù)均對側(cè)壁坍塌法堆積角試驗(yàn)結(jié)果有一定影響，但重要性各不相同。以雙孢菇麥粒菌種離散元仿真參數(shù)中的8個(gè)變量為真實(shí)因子，選取3個(gè)虛擬因子，利用SAS 9.4設(shè)計(jì)Plackett-Burman試驗(yàn)，篩選對麥粒菌種堆積角影響顯著的因子。利用EDEM進(jìn)行仿真各參數(shù)組堆積角Plackett-Burman 試驗(yàn)，并將試驗(yàn)結(jié)果以圖片形勢保存，再用Matlab R2017b對圖像進(jìn)行處理，得出各組試驗(yàn)堆積角。試驗(yàn)設(shè)計(jì)及仿真結(jié)果如表3所示，利用SAS 9.4軟件進(jìn)行顯著性分析，處理數(shù)據(jù)結(jié)果如表4所示。顯著性分析結(jié)果表明，影響因子e（種間滑動摩擦系數(shù)）和影響因子g（種間滾動摩擦系數(shù)）顯著性水平達(dá)到0.1，所以將這二者作為影響麥粒菌種堆積角的重要影響因子，這也驗(yàn)證了物料堆積角主要反映物料的內(nèi)摩擦性能，并推測可知麥粒菌種在形成堆積角的過程中，存在多種運(yùn)動狀態(tài)，主要運(yùn)動為種間的相對滑動和滾動，在外部環(huán)境條件一定的情況下，堆積角的大小由麥粒菌種間滑動摩擦系數(shù)和滾動摩擦系數(shù)共同決定。

2.3.2?回歸試驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析?針對 Plackett-Berman試驗(yàn)結(jié)果，對麥粒菌種種間滑動摩擦系數(shù)、種間滾動摩擦系數(shù)和堆積角建立回歸模型。利用SAS 9.4進(jìn)行二次回歸通用旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)，經(jīng)查閱相關(guān)試驗(yàn)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)可知p=2因素通用回歸旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)選L4（23）正交表，mc=22=4，星號點(diǎn)2*p=4，中心點(diǎn)試驗(yàn)次數(shù)m0=5，試驗(yàn)次數(shù)n=mc+2p+m0，主軸點(diǎn)位置γ=1.414 2。因素a、b最高最低水平分別編碼γ、-γ，中值編碼0，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出編碼1和-1時(shí)a、b因素的值，根據(jù)二次回歸通用旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)表設(shè)計(jì)試驗(yàn)并分析數(shù)據(jù)結(jié)果。試驗(yàn)設(shè)計(jì)及分析數(shù)據(jù)結(jié)果如表5、表6、表7所示。由表7可知，方差分析結(jié)果顯示，總模型顯著度<0.01，種間滑動摩擦因數(shù)和種間滾動摩擦因數(shù)對堆積角影響極顯著。失擬檢驗(yàn)顯著度為0.066 0>0.05，模型不失擬，R2為0.979 3接近于1，變異系數(shù)CV為2.479 2%，較小，說明二次回歸模型擬合良好。由編碼參數(shù)估計(jì)可以看出，種間滑動摩擦系數(shù)a的二次項(xiàng)估計(jì)不顯著，其余均顯著。由實(shí)際參數(shù)估計(jì)得到回歸方程各參數(shù)值，進(jìn)而得出關(guān)于堆積角y、種間摩擦系數(shù)a和種間滾動摩擦系數(shù)b的回歸方程為y=24.422 405+2.630 586a-94.341 820b+108.035 679ab+1 134.892 223b2。利用逐步篩選法剔除不顯著的自變量，優(yōu)化回歸模型。在優(yōu)化模型分析中，優(yōu)化回歸模型同樣顯著并不失擬，變異系數(shù)CV減小為2.39%，模型可靠性進(jìn)一步增加。得到優(yōu)化回歸方程為

y=23.953 15+4.525 48a-91.762 80b+107.901 20ab+1 111.863 00b2。

2.3.3?回歸模型交互效應(yīng)分析

應(yīng)用Design Expert 10繪制堆積角y與種間滑動摩擦系數(shù)a、種間滾動摩擦系數(shù)b交互作用三維回歸模型圖，如圖6所示，可以清楚觀察2個(gè)參數(shù)的交互效應(yīng)。從整體上看，隨著2個(gè)參數(shù)的增加，堆積角也呈現(xiàn)增大的趨勢。當(dāng)參數(shù)a取小值時(shí)，休止角隨著參數(shù)b的增加而增加的趨勢小于當(dāng)參數(shù)a取較大值時(shí)，該趨勢對于參數(shù)b也同樣適用。

3?種間滑動摩擦系數(shù)測定與參數(shù)驗(yàn)證

3.1?種間滑動摩擦系數(shù)實(shí)測試驗(yàn)測定

上文的實(shí)測試驗(yàn)測出目標(biāo)麥粒菌種堆積角為25.25°，仿真試驗(yàn)得出麥粒菌種堆積角與種間滑動摩擦系數(shù)和種間滾動摩擦系數(shù)的回歸方程，所以，知道2個(gè)參數(shù)之一即可得到另一個(gè)參數(shù)值，因種間滑動摩擦因數(shù)相對易測量，利用實(shí)測試驗(yàn)測定其值，并標(biāo)定種間滾動摩擦因數(shù)。在塑料瓶外壁用萬能膠沾滿麥粒菌種，靜置，待麥粒菌種與瓶身粘牢后測得總質(zhì)量m。再通過萬能試驗(yàn)機(jī)勻速拉動沾滿麥粒菌種的塑料瓶在鋪滿麥粒菌種的桌面上勻速前進(jìn)，得到試驗(yàn)力與位移變化曲線如圖7所示。試驗(yàn)力在位移為16.405 mm處開始逐漸增加，原因是隨著麥粒菌種塑料瓶移動，麥粒菌種在瓶子前進(jìn)方向逐漸堆積影響瓶子前進(jìn)，計(jì)算位移為0～16.405 mm時(shí)試驗(yàn)力的平均值作為拉力，根據(jù)力的平衡原理以及摩擦力計(jì)算公式得試驗(yàn)力F=f=Nμ=mgμ，進(jìn)而計(jì)算得出種間滑動摩擦因數(shù)μ值。試驗(yàn)測得麥粒菌種塑料瓶質(zhì)量m=0.378 kg，試驗(yàn)力F=1.5 N，μ=0.4。

3.2?離散元仿真參數(shù)組合確定及試驗(yàn)驗(yàn)證

通過實(shí)測試驗(yàn)測得雙孢菇麥粒菌種3軸尺寸、含水率、密度、種與塑料碰撞恢復(fù)系數(shù)、種間滑動摩擦因數(shù)等參數(shù)。Plackett-Burman試驗(yàn)結(jié)果表明，種間滑動摩擦因數(shù)和種間滾動摩擦系數(shù)對堆積角影響顯著，其他未通過實(shí)測試驗(yàn)測量的非顯著參數(shù)則取中間值，根據(jù)二次回歸通用旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)得出的回歸方程以及種間摩擦系數(shù)，利用Matlab求解方程得出種間滾動摩擦系數(shù)一個(gè)解為0.018，另一個(gè)解為0.026。利用以上離散元仿真參數(shù)，設(shè)計(jì)提升圓筒法的堆積角實(shí)測試驗(yàn)和仿真試驗(yàn)驗(yàn)證參數(shù)的可行性。預(yù)先在工程塑料的圓筒填充雙孢菇麥粒菌種，待穩(wěn)定后快速提起圓筒，筒內(nèi)麥粒菌種形成堆積角，同樣利用Matlab圖像處理方法測量堆積角，試驗(yàn)進(jìn)行10次并取平均值，測得提升圓筒法堆積角為23.23°。提升圓筒法堆積角試驗(yàn)與側(cè)壁坍塌法堆積角試驗(yàn)所得堆積角有差異，可能是圓筒提升速度等因素造成，有待后續(xù)深入研究。采用以上參數(shù)利用EDEM進(jìn)行提升圓筒法堆積角仿真試驗(yàn)，種間滾動摩擦因數(shù)為0.018時(shí)進(jìn)行10次試驗(yàn)，0.026時(shí)進(jìn)行10次試驗(yàn)，利用Matlab分別測得各次試驗(yàn)堆積角，測得種間滾動摩擦因數(shù)為0.018時(shí)堆積角平均值為23.082°，種間滾動摩擦因數(shù)為0.026時(shí)堆積角平均值為23.498°。利用SAS 9.4軟件進(jìn)行t檢驗(yàn)，分別對不同滾動摩擦因數(shù)試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)測結(jié)果對比分析，種間滾動摩擦因數(shù)為0.018、0.026時(shí)的顯著性分別為0.218、0.090，均大于0.05，仿真試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)測試驗(yàn)結(jié)果無顯著差異，當(dāng)滾動摩擦因數(shù)為0.018時(shí)，仿真試驗(yàn)堆積角更接近真實(shí)值，所以標(biāo)定雙孢菇麥粒菌種種間滾動摩擦因數(shù)為0.01。

4?結(jié)論

本研究針對雙孢菇麥粒菌種本征參數(shù)和接觸參數(shù)進(jìn)行了實(shí)測試驗(yàn)測定，測得雙孢菇麥粒菌種3軸尺寸分別為5.8、3.6、3.0 mm，千粒質(zhì)量為58.23 g，含水率為42.11%，密度為1 916 kg/cm3，麥粒菌種與工程塑料的碰撞恢復(fù)系數(shù)為0.335，種間滑動摩擦系數(shù)為0.4。

利用Matlab圖像處理技術(shù)測得雙孢菇側(cè)壁坍塌法堆積角為25.25°，并提出了一種測量散粒物料堆積角的方法，利用edge函數(shù)提取邊界，利用polyfit函數(shù)進(jìn)行擬合。這種方法精度高，擬合效果好，為散粒物料堆積角處理提供了一種思路。

通過 Plackett-Berman試驗(yàn)驗(yàn)證堆積角的形成主要受到種間滑動摩擦因數(shù)和滾動摩擦因數(shù)影響，由此可推測雙孢菇麥粒菌種形成堆積角過程的主要運(yùn)動為種間的相對滑動和滾動。而其他非顯著參數(shù)在離散元仿真時(shí)取中間水平。

通過二次回歸通用旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)，得出了雙孢菇麥粒菌種堆積角與種間滑動摩擦因數(shù)和種間滾動摩擦因數(shù)回歸方程，并標(biāo)定種間滾動摩擦因數(shù)的估計(jì)值。進(jìn)而得出雙孢菇麥粒菌種離散元仿真分析參數(shù)最優(yōu)組合：雙孢菇麥粒菌種泊松比為0.305，剪切模量為5.07 MPa，密度為1 916 kg/m3，種間碰撞恢復(fù)系數(shù)為0.5，種間滑動摩擦因數(shù)為0.4，種間滾動摩擦因數(shù)為0.018，種與塑料的碰撞恢復(fù)系數(shù)為0.335，種與塑料滑動摩擦因數(shù)為0.550，種與塑料滾動摩擦系數(shù)為0.055。

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