离散元法及其应用2014ppt课件

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1、吉林大学生物与农业工程学院吉林大学生物与农业工程学院于建群于建群离散元法及其应用离散元法及其应用采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物一、引言一、引言在自然界和工农业生产领域，大量存在着颗粒材料，在自然界和工农业生产领域，大量存在着颗粒材料，如农产品、肥料、土壤、药品、煤炭和岩石等。据估计世如农产品、肥料、土壤、药品、煤炭和岩石等。据估计世界上界上50 % 的产品和的产品和75 % 的原材料都是颗粒材料。的原材料都是颗粒材料。在农业生产领域，在农业生产领域，耕地、开沟、播种、施肥、镇压、耕地、

2、开沟、播种、施肥、镇压、脱粒、分离、清选、粉碎、干燥、输送、仓储、分级、加脱粒、分离、清选、粉碎、干燥、输送、仓储、分级、加工和包装等过程中，始终存在着颗粒材料与农机部件的接工和包装等过程中，始终存在着颗粒材料与农机部件的接触作用和颗粒材料的流动过程。触作用和颗粒材料的流动过程。在众多工业生产领域，在众多工业生产领域，如制药、食品、化工、冶金、如制药、食品、化工、冶金、采矿、能源、岩土工程等领域，也大量存在着颗粒材料与采矿、能源、岩土工程等领域，也大量存在着颗粒材料与机械部件的接触作用和颗粒材料的流动过程。机械部件的接触作用和颗粒材料的流动过程。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及

3、配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物一个好的农机部件设计应使一个好的农机部件设计应使: 颗粒材料按照预期的颗粒材料按照预期的方式运动，如播种时种子流动，方式运动，如播种时种子流动，减少流动过程中不必要减少流动过程中不必要的损伤，如播种时种子损伤，的损伤，如播种时种子损伤，节省动力消耗，如开沟和节省动力消耗，如开沟和耕翻土壤时牵引动力消耗，等等，此时必须考虑机械部件耕翻土壤时牵引动力消耗，等等，此时必须考虑机械部件与颗粒材料的接触作用及颗粒与颗粒材料的接触作用及颗粒群体动力学问题群体动力学问题。机械部件的优化需考虑颗粒动力学问题。机械

4、部件的优化需考虑颗粒动力学问题。VV播种播种开沟开沟采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物颗粒材料的性质介于固体与流体之间，又称颗粒材料的性质介于固体与流体之间，又称第四种物质第四种物质形态形态，有着复杂的力学特性：，有着复杂的力学特性：非均匀尺寸偏析，如非均匀尺寸偏析，如巴西果、巴西果、反巴西果和三明治效应；反巴西果和三明治效应；粮仓效应；粮仓效应；成拱现象；成拱现象；漏斗漏斗现象；现象；自组织临界，等等自组织临界，等等。自组织临界是自组织临界是Bak等等1987年解释非线性复杂系统无序行年解

5、释非线性复杂系统无序行为时提出的，即大的相互作用系统包含着众多短程相互作用为时提出的，即大的相互作用系统包含着众多短程相互作用的组元，系统自然地从随机状态演化到一种有序的临界状态，的组元，系统自然地从随机状态演化到一种有序的临界状态，在该状态时小事件引起的连锁反应能够对系统中任何数目的在该状态时小事件引起的连锁反应能够对系统中任何数目的组元产生影响，从而可能导致大规模事件的发生。组元产生影响，从而可能导致大规模事件的发生。非均匀尺寸偏析非均匀尺寸偏析粮仓效应粮仓效应成拱成拱固体固体颗粒颗粒采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的

6、圆度，保持熔接部位干净无污物颗粒材料通常指直径大于颗粒材料通常指直径大于1m的颗粒组成。依据固体的颗粒组成。依据固体颗粒的浓度，可将颗粒材料分为颗粒的浓度，可将颗粒材料分为密相颗粒密相颗粒材料、材料、松散颗粒松散颗粒材料与材料与稀薄颗粒稀薄颗粒材料。颗粒材料又可分为材料。颗粒材料又可分为干颗粒干颗粒材料材料(不含不含液体液体)与与湿颗粒湿颗粒材料材料(含液体含液体)。颗粒材料流动可分为：颗粒材料流动可分为：准静态流动，准静态流动，流动的初始阶流动的初始阶段，当颗粒承受的载荷超过颗粒间静摩擦力时，颗粒间仍段，当颗粒承受的载荷超过颗粒间静摩擦力时，颗粒间仍保持接触但开始流动；保持接触但开始流动

7、；快流，快流，流动完全发展阶段的快速流动完全发展阶段的快速剪切流动；剪切流动；慢流，慢流，处于准静态流动和快流的中间阶段。处于准静态流动和快流的中间阶段。密相密相松散松散稀相稀相采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物二十世纪二十世纪70年代后，许多物理学家、力学家和应用数学年代后，许多物理学家、力学家和应用数学家开始对颗粒运动的物理机制发生兴趣，建立了两类颗粒动家开始对颗粒运动的物理机制发生兴趣，建立了两类颗粒动力学理论：力学理论：基于连续介质力学的理论，基于连续介质力学的理论，如颗粒动理论、摩如

8、颗粒动理论、摩擦塑性模型和光滑粒子法等；擦塑性模型和光滑粒子法等；基于离散介质力学的理论，基于离散介质力学的理论，如硬颗粒模型、软颗粒模型如硬颗粒模型、软颗粒模型和和Monte Carlo方法方法等。等。连续介质力学理论是把物质或其特性，假设成无论在时连续介质力学理论是把物质或其特性，假设成无论在时间还是在空间位置上，均是连续的或可用连续函数表示。因间还是在空间位置上，均是连续的或可用连续函数表示。因此物质可以无限分割而不失去其固有特性，不考虑粒子的特此物质可以无限分割而不失去其固有特性，不考虑粒子的特性，是描述物质整体及其特性的一种方法。性，是描述物质整体及其特性的一种方法。连续介质连续

9、介质离散介质离散介质采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物1. 基于连续介质力学的理论基于连续介质力学的理论l颗粒动理论颗粒动理论(kinetic theory) 研究发现快速颗粒流中单个颗粒的运动，与气体中的研究发现快速颗粒流中单个颗粒的运动，与气体中的分子热运动非常相似。因此，分子热运动非常相似。因此，借鉴非均匀的稠密气体分子借鉴非均匀的稠密气体分子运动理论，运动理论，Ogawa定义了颗粒温度，定义了颗粒温度，Jenkins将气体的动理将气体的动理论扩展到颗粒材料，在考虑颗粒碰撞及摩擦所造成的能

10、量论扩展到颗粒材料，在考虑颗粒碰撞及摩擦所造成的能量损失的基础上，修正了损失的基础上，修正了Boltzmann方程，方程，得到宏观的颗粒得到宏观的颗粒相输运方程，并导出动理论模型，由此可求得固体体积分相输运方程，并导出动理论模型，由此可求得固体体积分数分布、颗粒速度分布和浓度分布等数分布、颗粒速度分布和浓度分布等。适合于适合于稀薄颗粒的快流分析。稀薄颗粒的快流分析。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物 17世纪中期法国工程师世纪中期法国工程师Coulomb提出了土的抗剪强度提出了土的抗剪强度和土

11、压力滑动理论，其后被推广为散体极限破坏的和土压力滑动理论，其后被推广为散体极限破坏的Mohr-Coulomb准则，在此基础上发展成为土力学。准则，在此基础上发展成为土力学。摩擦塑性模型，即是将摩擦塑性模型，即是将Mohr-Coulomb准则准则应用于应用于颗粒材料，当颗粒间载荷超过颗粒材料，当颗粒间载荷超过颗粒颗粒间的摩擦结合力，颗粒间的摩擦结合力，颗粒间开始滑移即屈服，但颗粒仍保持接触并相互摩擦。间开始滑移即屈服，但颗粒仍保持接触并相互摩擦。人们已建立多种颗粒材料屈服条件，其中有双剪切模人们已建立多种颗粒材料屈服条件，其中有双剪切模型、塑性势模型和双滑移自由转动模型等。型、塑性势模型和双

12、滑移自由转动模型等。摩擦塑性模型主要应用于准静态颗粒流。摩擦塑性模型主要应用于准静态颗粒流。l摩擦塑性模型摩擦塑性模型F采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物在小变形的情况下，在小变形的情况下，可采用有限元法分析准静态的颗可采用有限元法分析准静态的颗粒运动。粒运动。此时，颗粒中心为单元节点。由接触建立节点间此时，颗粒中心为单元节点。由接触建立节点间的联系，通过作用在节点上的力建立平衡方程。的联系，通过作用在节点上的力建立平衡方程。有限元法适合模拟颗粒接触的拓扑结构不发生变化的有限元法适合模拟颗

13、粒接触的拓扑结构不发生变化的静态颗粒系统，在动态和大变形的情况下，大量接触的丢静态颗粒系统，在动态和大变形的情况下，大量接触的丢失或产生，导致拓扑结构发生很大变化，这将需要耗费大失或产生，导致拓扑结构发生很大变化，这将需要耗费大量的时间重新生成单元，其缺点是：量的时间重新生成单元，其缺点是：网格重构；网格重构；网格网格变形较大还将产生计算不收敛；变形较大还将产生计算不收敛；缺少合适的分析模型，缺少合适的分析模型，如接触和变形模型、分离破裂模型等。如接触和变形模型、分离破裂模型等。l有限元方法有限元方法采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以

14、保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物光滑粒子法思想是光滑粒子法思想是(SPH)：通过带质量的粒子离散通过带质量的粒子离散计算域，粒子即代表颗粒，通过引入表征节点及其影计算域，粒子即代表颗粒，通过引入表征节点及其影响域内物理量间的关系核函数，来构造局部光滑的连响域内物理量间的关系核函数，来构造局部光滑的连续场，通过求解描述连续场对时间变化规律的常微分续场，通过求解描述连续场对时间变化规律的常微分方程，来实现数值模拟。方程，来实现数值模拟。光滑粒子法，光滑粒子法，在求解爆炸冲击及大变形问题等方在求解爆炸冲击及大变形问题等方面有不少应用，面有不少应用，土壤切削等土壤切削等。l无网格方法无网格

15、方法(meshfree method)采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物连连续续介介质质理理论论的的基基本本控控制制方方程程是是连连续续方方程程、动动量量方方程程和和能能量量守守恒恒方方程程。由由于于颗颗粒粒介介质质并并不不满满足足连连续续性性的的假假定定，并并且且由由于于连连续续介介质质模模型型没没有有考考虑虑颗颗粒粒物物性性参参数数、粒粒径径形形状状、大大小小及及其其分分布布等等对对颗颗粒粒流流的的影影响响，因因此此用用连连续续介介质质模模型型分分析颗粒流一般误差较大。析颗粒流一般误差较大

16、。目目前前进进行行相相关关农农机机部部件件设设计计时时，大大都都依依靠靠经经验验和和试试验验方方法法，既既费费时时费费力力又又得得不不到到理理想想的的效效果果。据据估估计计仅仅由由颗颗粒粒材材料料输输送送所所造造成成的的相相关关设设备备利利用用损损失失就就达达40%，远远未未达达到到优化设计和节省能源的要求。优化设计和节省能源的要求。连续介质连续介质离散介质离散介质采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物随着计算机技术的发展，基于离散介质力学的理随着计算机技术的发展，基于离散介质力学的理论，愈来

17、愈引起人们的重视。论，愈来愈引起人们的重视。离散介质力学方法的思想源于较早的离散介质力学方法的思想源于较早的分子动力学分子动力学，适用于模拟颗粒群体的接触或碰撞过程，它的出现补充适用于模拟颗粒群体的接触或碰撞过程，它的出现补充了连续力学方法的不足。了连续力学方法的不足。2. 基于离散介质力学的理论基于离散介质力学的理论采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物 1985年年Campbell提出提出硬颗粒模型硬颗粒模型，其思想是当颗粒表，其思想是当颗粒表面承受的应力较低时，颗粒不产生显著的塑性变形，碰撞

18、面承受的应力较低时，颗粒不产生显著的塑性变形，碰撞只在瞬间发生，在碰撞过程中颗粒本身不变形，并且只考只在瞬间发生，在碰撞过程中颗粒本身不变形，并且只考虑两个颗粒的同时碰撞，而不计三个以上颗粒的同时碰撞，虑两个颗粒的同时碰撞，而不计三个以上颗粒的同时碰撞，采用动量守恒或能量守恒计算碰撞后颗粒的速度和位置，采用动量守恒或能量守恒计算碰撞后颗粒的速度和位置，广泛的应用于快速、低浓度颗粒流的模拟。广泛的应用于快速、低浓度颗粒流的模拟。l硬颗粒模型硬颗粒模型(hard/rigid sphere model)采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证

19、切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物软颗粒模型又称软颗粒模型又称为离散元法为离散元法。 1971年年Cundall提出适于岩石力学的离散元法提出适于岩石力学的离散元法(discrete /distinct element method，DEM)，1979年年Cundall又提又提出适于土力学的离散元法，并推出二维圆盘程序出适于土力学的离散元法，并推出二维圆盘程序BALL和和三维圆球程序三维圆球程序TRUBAL，后发展成商业软件，后发展成商业软件PFC-2D/3D，形成较系统的模型与方法。形成较系统的模型与方法。l软颗粒模型软颗粒模型(soft sphere model)块体模型块体模型颗粒模

20、型颗粒模型采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物离散元法的基本思想是，离散元法的基本思想是，把散粒群体简化成具有一把散粒群体简化成具有一定形状和质量颗粒的集合，赋予接触颗粒间及颗粒与接定形状和质量颗粒的集合，赋予接触颗粒间及颗粒与接触边界触边界(机械部件机械部件)间某种间某种接触力学模型接触力学模型和模型中的和模型中的参数参数，以考虑颗粒之间及颗粒与边界间的接触作用和散粒体与以考虑颗粒之间及颗粒与边界间的接触作用和散粒体与边界的不同物理机械性质。边界的不同物理机械性质。3. 离散元法的基本方法离散

21、元法的基本方法采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物离散元法的基本假设：离散元法的基本假设：单元是刚性的，即单元的单元是刚性的，即单元的几何形状不会因单元间的挤压力作用而改变；几何形状不会因单元间的挤压力作用而改变；由于计由于计算时步间隔取得足够小，单元的速度和加速度在一个时算时步间隔取得足够小，单元的速度和加速度在一个时步内为常量，并且单元在一个时步内只能以很小的位移步内为常量，并且单元在一个时步内只能以很小的位移与其相邻单元作用，其作用力也只能传递到其邻接单元，与其相邻单元作用，其作用力也只能

22、传递到其邻接单元，而不能传递得更远；而不能传递得更远；单元间的连接是靠相互接触实现单元间的连接是靠相互接触实现的，圆形单元的接触为点接触等。的，圆形单元的接触为点接触等。R1R2采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物ij 以以i 和和j 颗粒接触为例，设其法向叠合量为颗粒接触为例，设其法向叠合量为，由此产由此产生的法向接触作用力生的法向接触作用力可如下计算可如下计算（局部坐标（局部坐标胡克定律）胡克定律）式中式中为接触的法向刚度系数。为接触的法向刚度系数。由于切向接触作用力与运动和加载历史有

23、关，因此由于切向接触作用力与运动和加载历史有关，因此切切向力通常采用增量形式计算，向力通常采用增量形式计算，t 时刻的切向力时刻的切向力为为式中式中为上一时步接触的切向作用力；为上一时步接触的切向作用力；为接触的切向为接触的切向刚度系数；刚度系数；为接触点的切向相对位移；为接触点的切向相对位移；为计算时步。为计算时步。R1R2ij（静摩擦力）（静摩擦力）n R1R2ijFn（斥力）（斥力）采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物ij 求求i 颗粒质心作用的合力和合力矩为颗粒质心作用的合力和合

24、力矩为（全局坐标系下）（全局坐标系下）求求i 颗粒的新位置有二种方法，颗粒的新位置有二种方法，静态松弛法静态松弛法和和动态松动态松弛法弛法。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物ijij 静态松弛法静态松弛法根据颗粒不平衡力达到再平衡时的力与位移根据颗粒不平衡力达到再平衡时的力与位移关系建立平衡方程组，通过求解方程组得到颗粒的新位置关系建立平衡方程组，通过求解方程组得到颗粒的新位置，是一种隐式解法且需求解刚度矩阵。是一种隐式解法且需求解刚度矩阵。动态松弛法动态松弛法采用牛顿第二定律求解颗粒的新位

25、置如下。采用牛顿第二定律求解颗粒的新位置如下。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物动态松弛法需加入人工阻尼，使方程解收敛。因此，阻动态松弛法需加入人工阻尼，使方程解收敛。因此，阻尼系数和时步选择对求解精度和收敛速度影响较大。尼系数和时步选择对求解精度和收敛速度影响较大。动态松弛法动态松弛法牛顿第二定律牛顿第二定律（球颗粒）（球颗粒）：采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物遍历所有颗粒，然后进入下一时

26、步；遍历所有颗粒，然后进入下一时步；显式解法，显式解法，适合于求解非线性问题。适合于求解非线性问题。动态松弛法动态松弛法中心差分中心差分（数值积分）（数值积分）：采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物由于其离散的特点，在分析高度复杂的系统时，无论由于其离散的特点，在分析高度复杂的系统时，无论是颗粒还是边界均不需作大的简化；当赋予接触颗粒间是颗粒还是边界均不需作大的简化；当赋予接触颗粒间不不同的接触模型时，还可以分析同的接触模型时，还可以分析颗粒结块、颗粒结块、颗粒群颗粒群聚合体聚合体的的破碎过程

27、破碎过程、多相流动、多相流动甚至可以包括甚至可以包括化学反应和传热化学反应和传热问题问题。正是由于诸多优点，使得离散元法已成为研究颗粒群正是由于诸多优点，使得离散元法已成为研究颗粒群体动力学问题的通用方法，并在体动力学问题的通用方法，并在岩土工程及装备、采矿工岩土工程及装备、采矿工程及装备、化工过程及装备、制药工程及装备、食品工程程及装备、化工过程及装备、制药工程及装备、食品工程及装备和及装备和农业工程及装备农业工程及装备等研究领域得到较多应用。等研究领域得到较多应用。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位

28、干净无污物4. 离散元法的应用离散元法的应用图图1 边坡稳定性分析边坡稳定性分析图图2 块体拱的稳定性分析块体拱的稳定性分析图图3 地下洞室稳定性分析地下洞室稳定性分析无无粘粘干颗粒干颗粒接触作用接触作用力为力为斥力斥力FnFn采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图4 颗粒沉降和输送过程试验与仿真对比颗粒沉降和输送过程试验与仿真对比(a)试试验验(b)仿仿真真采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图

29、图5 料仓落料过程试验与仿真对比料仓落料过程试验与仿真对比(a) 试验试验(b) 仿真仿真图图6 料仓落料过程试验与仿真对比料仓落料过程试验与仿真对比(a) 试验试验(b) 仿真仿真采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图7 料仓落料过程模拟料仓落料过程模拟图图8 颗粒材料在平面的堆积过程模拟颗粒材料在平面的堆积过程模拟图图9 颗粒材料由料仓的出流过程模拟颗粒材料由料仓的出流过程模拟(a) 圆圆颗颗粒粒(b) 长扁颗粒长扁颗粒(c) 圆柱颗粒圆柱颗粒采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及

30、配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图10 材料压实过程模拟材料压实过程模拟图图12 颗粒冲击过程模拟与试验对比颗粒冲击过程模拟与试验对比(a) 冲击前冲击前(b) 冲击过程模拟冲击过程模拟(c) 冲击过程试验冲击过程试验图图11 地基的夯实过程分析地基的夯实过程分析采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图13 香蕉筛筛分过程分析香蕉筛筛分过程分析图图14 香蕉筛筛分过程分析香蕉筛筛分过程分析图图15 糙米的筛分过程模拟糙米的筛分过程模拟 (a

31、) 模拟模拟(b) 试验试验采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物模模拟拟试试验验图图17 滚筒工作过程试验与模拟比较滚筒工作过程试验与模拟比较图图16 不同尺寸的筛分过程分析不同尺寸的筛分过程分析采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图18 球磨机工作过程试验与模拟比较球磨机工作过程试验与模拟比较(b) 模拟模拟(a) 试试验验实际球磨机实际球磨机采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用

32、管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图19 滚筒式混料机的工作过程分析滚筒式混料机的工作过程分析(a)(b)(c)(d)采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图20 一种混料机工作过程的试验和模拟分析比较一种混料机工作过程的试验和模拟分析比较(b) 模拟模拟(a) 试试验验采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图21 混料过程的试验和模拟分析比较混料过程的

33、试验和模拟分析比较(b) 模拟模拟(a) 试试验验图图22 混合机的工作过程模拟混合机的工作过程模拟(a) 试试验验(b) 模拟模拟采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图23 滚筒式混合机的工作过程模拟滚筒式混合机的工作过程模拟采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图24 滚筒式混合机的工作过程模拟滚筒式混合机的工作过程模拟(a) (b)(c)(d) (e) (f)采用PP管及配件：根据给水设计图配

34、置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图27 苹果运输时损伤过程模拟苹果运输时损伤过程模拟图图26 颗粒材料螺旋混合过程模拟颗粒材料螺旋混合过程模拟图图25 散粒物料的混合过程分析散粒物料的混合过程分析采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图28 颗粒材料螺旋输送过程模拟颗粒材料螺旋输送过程模拟(a)(b)(c)图图29 颗粒材料带式输送过程模拟颗粒材料带式输送过程模拟图图30大豆在斜槽中流动过程分析大豆在斜槽中流动过程分析采用PP管

35、及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物(a) 自然堆积自然堆积(b) 墙角堆积墙角堆积图图31 颗粒材料在平面的堆积过程模拟颗粒材料在平面的堆积过程模拟图图32 颗粒材料在容器内的堆积过程分析颗粒材料在容器内的堆积过程分析(a) 圆颗粒圆颗粒(b) 多边形颗粒多边形颗粒采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图33 颗粒在容器内的堆积过程模拟颗粒在容器内的堆积过程模拟图图34 颗粒材料在容器内的堆积颗粒材料在容器内

36、的堆积图图35 颗粒材料在容器内的堆积颗粒材料在容器内的堆积采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图36 颗粒在容器内的堆积过程模拟颗粒在容器内的堆积过程模拟图图37 肥料撒施过程模拟肥料撒施过程模拟采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图38 推土铲的工作过程模拟推土铲的工作过程模拟(a)(b)(c)(d)(e)采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋

37、转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图39 铲装工作过程的试验与仿真对比铲装工作过程的试验与仿真对比(a)试试验验(b)仿仿真真采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图40 铲装过程模拟铲装过程模拟接触作用接触作用力为力为斥力斥力无无粘粘干颗粒干颗粒FnFn采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图42 圆锥体插入土壤过程模拟圆锥体插入土壤过程模拟图图41 土壤和轮胎的相互作用分析土壤和轮

38、胎的相互作用分析FEM-DEM接触作用接触作用力为力为斥力斥力Fn接触作用接触作用力为力为吸力吸力FnFn湿颗粒湿颗粒粘颗粒粘颗粒+ +FnFnFn采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图43 金属杆插入土壤时的阻力和变形模拟和试验比较金属杆插入土壤时的阻力和变形模拟和试验比较图图44 摆式铲的切土过程试验与模拟比较摆式铲的切土过程试验与模拟比较(a) 模拟模拟(b) 试试验验(b) 模拟模拟(a) 试试验验采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转

39、，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图46 车轮的通过性分析模拟车轮的通过性分析模拟图图45 一种带刺轮滚动过程模拟一种带刺轮滚动过程模拟(a) 平地面平地面(b) 坡坡路路采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图47 铲装过程模拟铲装过程模拟采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图48 轮胎与土壤的作用过程模拟分析轮胎与土壤的作用过程模拟分析图图49 犁耕地过程模拟分析犁耕地过程模拟分析采

40、用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图51 轨道与地基的作用过程分析轨道与地基的作用过程分析图图50 机械部件与土壤的作用过程分析机械部件与土壤的作用过程分析采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图52 滑坡过程分析滑坡过程分析采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图53 脆性材料剪切破坏过程模拟脆性材料

41、剪切破坏过程模拟材料的破坏过程，实质是力学模型从连续介质材料的破坏过程，实质是力学模型从连续介质模型模型到离到离散介质模型的转变过程。散介质模型的转变过程。斥力斥力接触模型接触模型FnFnFnFn+吸力吸力连接模型连接模型颗颗粒粒聚合体聚合体采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图54 复合材料受压破坏过程模拟复合材料受压破坏过程模拟图图55 地震时高坝肩的破坏过程模拟地震时高坝肩的破坏过程模拟(a)(b)(c)采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，

42、边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图57 烟囱定向爆破过程模拟烟囱定向爆破过程模拟图图56 地震时桥墩倒塌破坏过程分析地震时桥墩倒塌破坏过程分析(a)(b)(c)(a)(b)(c)采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图58 混凝土结构框架的破坏过程模拟混凝土结构框架的破坏过程模拟图图59 海冰撞击钻井平台过程模拟海冰撞击钻井平台过程模拟图图60 破冰船的破冰过程模拟破冰船的破冰过程模拟采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转

43、，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图61 脆性材料剪切破坏过程试验与仿真比较脆性材料剪切破坏过程试验与仿真比较(b) 仿真仿真(a) 试验试验采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图62 钢弹冲击脆性材料过程模拟钢弹冲击脆性材料过程模拟图图63 导弹冲击脆性材料过程模拟导弹冲击脆性材料过程模拟(a) 速速度度300米米/秒秒(b) 速度速度50米米/秒秒(a) 速速度度300米米/秒秒(b) 速度速度50米米/秒秒采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切

44、断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图64 导弹冲击脆性材料过程模拟导弹冲击脆性材料过程模拟(a) 加加强强前前(b) 加强后加强后采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图65 玻璃冲击过程模拟玻璃冲击过程模拟(a) 单层单层(b) 夹层夹层采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图66 颗粒结块及冲击颗粒结块及冲击图图67 结块冲击破裂过程模拟结块冲击破裂过程模拟图图68

45、颗粒的破碎过程模拟颗粒的破碎过程模拟采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图69 大钢球冲击过程模拟大钢球冲击过程模拟图图70 颗粒的破裂过程模拟颗粒的破裂过程模拟采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图71 Evolution of the coating process颗粒的包衣、磨损、腐蚀过程模拟颗粒的包衣、磨损、腐蚀过程模拟采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角

46、切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图72 脆性材料的切削过程模拟分析脆性材料的切削过程模拟分析图图73 磨损过程模拟分析磨损过程模拟分析Periodical boundariesUpper wallLower wallAbrasive particles图图74 岩石磨削过程模拟分析岩石磨削过程模拟分析采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图75 岩石切削过程模拟分析岩石切削过程模拟分析图图76 颗粒冲击叶轮过程模拟分析颗粒冲击叶轮过程模拟分析图图77 颗粒驱动水轮

47、过程模拟分析颗粒驱动水轮过程模拟分析采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图78 冲击过程模拟分析冲击过程模拟分析采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图79 自然界风沙流动过程模拟自然界风沙流动过程模拟图图80 颗粒材料水中沉降过程模拟颗粒材料水中沉降过程模拟接触模型接触模型 + 考虑流体力作用力考虑流体力作用力CFD模型模型图图81 气力清选过程模拟气力清选过程模拟(a) 清选机结构和原理清选机结

48、构和原理(b) 清选过程模拟清选过程模拟采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图82 气吹式排种器工作过程模拟气吹式排种器工作过程模拟图图83 气力输送过程模拟气力输送过程模拟接触模型接触模型 + 考虑流体力作用力考虑流体力作用力CFD模型模型采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图84 颗粒的燃烧过程模拟颗粒的燃烧过程模拟图图85 颗粒的干燥过程模拟颗粒的干燥过程模拟（化学反应）（化学反应）接触模型

49、接触模型 +化学反应过程化学反应过程化学反应模型化学反应模型干燥过程干燥过程传热传质模型传热传质模型其他外力其他外力如电磁力等模型如电磁力等模型采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物 1.颗粒的离散元法建模方法颗粒的离散元法建模方法在采用离散元法分析在采用离散元法分析颗粒材料颗粒材料的流动过程时，把颗粒的流动过程时，把颗粒简化成何种几何模型，如何给定几何模型中的参数建立其简化成何种几何模型，如何给定几何模型中的参数建立其分析模型，将直接影响到分析精度和计算效率。分析模型，将直接影响到分析精度和计算

50、效率。二、二、研究现状及存在问题研究现状及存在问题颗粒模型颗粒模型块体模型块体模型采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物l已报道的颗粒建模方法已报道的颗粒建模方法超二次方程超二次方程统一建模方法统一建模方法自然界中自然界中70%以上的颗粒以上的颗粒n1,n2=1.5 n1,n2=0.5n1,n2=220202211采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物组合颗粒模型组合颗粒模型统一计算方法统一计算方

51、法采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物颗粒颗粒建模建模非球颗粒非球颗粒球颗粒球颗粒超二次方程建模超二次方程建模规则形状规则形状大豆，超二次方程建模大豆，超二次方程建模非规则形状非规则形状玉米、岩石，组合颗粒建模玉米、岩石，组合颗粒建模玉米籽粒玉米籽粒大豆籽粒大豆籽粒l 规则形状颗粒组合充填建模规则形状颗粒组合充填建模采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物l非规则形状颗粒充填组合建模方法非规则形状颗粒充填

52、组合建模方法非规则形状颗粒非规则形状颗粒(b) 三三点点成成球球方方法法(a) 一一点点相相切切方方法法(c) 离散元方法离散元方法(d) 最最大大覆覆盖盖方方法法(e) 松弛方法松弛方法l冗余数据点去除冗余数据点去除l充填过程优化充填过程优化l质心和转动惯量计算质心和转动惯量计算尺寸减小消除叠合尺寸减小消除叠合采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物l 已报道的三种农作物颗粒模型已报道的三种农作物颗粒模型(a) 大豆籽粒模型大豆籽粒模型(b) 玉米籽粒模型玉米籽粒模型(c) 玉米籽粒模型玉米籽粒模型

53、l 我们建立的颗粒模型（组合颗粒模型）我们建立的颗粒模型（组合颗粒模型）(a) 大大豆豆种种子子模模型型(c) 小小麦麦种种子子模模型型(b) 玉玉米米种种子子模模型型采用人机交互采用人机交互充填建模充填建模基于点云的充填方法基于点云的充填方法基于三角形网格面的基于三角形网格面的充填方法充填方法自动充填自动充填(d) 稻米籽粒模型稻米籽粒模型采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物(e) 小小麦麦果果穗穗模模型型(d) 玉米果穗模型玉米果穗模型(f) 小小麦麦植植株株模模型型籽粒采用人机交互籽粒采用

54、人机交互充填充填或或自动自动充填建模充填建模l 我们建立的颗粒模型我们建立的颗粒模型+=+=小麦果穗小麦果穗小麦茎秆小麦茎秆小麦叶片小麦叶片穗轴节片穗轴节片籽粒果柄籽粒果柄基于颗粒聚合体方法基于颗粒聚合体方法质点弹簧模型质点弹簧模型果穗采用果穗采用建模建模采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物l颗粒材料颗粒材料的样本生成方法的样本生成方法( (1) )随机生成法；随机生成法；( (2) )三角划分法。三角划分法。l加密方法：加密方法：( (1) )重力的方法；重力的方法；( (2) )加压和尺寸扩张

55、方法。加压和尺寸扩张方法。分析计分析计算区域算区域P尺寸增大消除间隙尺寸增大消除间隙加压消除间隙加压消除间隙入料口入料口采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物 (1)当采用超二次方程建立颗粒模型时，如何高效、当采用超二次方程建立颗粒模型时，如何高效、高精度地进行颗粒与颗粒之间、颗粒与边界之间的接触高精度地进行颗粒与颗粒之间、颗粒与边界之间的接触判定，还需要深入研究。判定，还需要深入研究。 (2)当采用球组合方法建立颗粒模型时，如何建立一当采用球组合方法建立颗粒模型时，如何建立一种种非规则形状颗粒的组

56、合非规则形状颗粒的组合方法，还需要深入研究。方法，还需要深入研究。 (3)由于农业生产中的散粒物料种类繁多、形状复杂，由于农业生产中的散粒物料种类繁多、形状复杂，而且即使是同一种散粒物料，其颗粒形状和尺寸参数差而且即使是同一种散粒物料，其颗粒形状和尺寸参数差别也较大。因而在实际分析设计时，把散粒物料颗粒简别也较大。因而在实际分析设计时，把散粒物料颗粒简化成何种几模型，如何给定几何模型中参数，是一个需化成何种几模型，如何给定几何模型中参数，是一个需要深入研究的问题，要深入研究的问题，壤土、玉米植株、水稻等壤土、玉米植株、水稻等。n采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂

57、直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物l已报道的的边界建模方法已报道的的边界建模方法(1)函数建模函数建模简单边界的建模如一个圆柱面简单边界的建模如一个圆柱面国外著名商品软件国外著名商品软件PFC、 EDEM(2) 颗粒排列方法颗粒排列方法简单边界的建模如一个平面简单边界的建模如一个平面(3) Kremmer等提出等提出“有限壁有限壁”方法方法复杂边界建模方法复杂边界建模方法国外著名商品软件国外著名商品软件EDEM2. 边界的离散元法建模方法边界的离散元法建模方法边界边界边界边界采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断

58、管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物 “有限壁有限壁”方法是一种近似方法：方法是一种近似方法：求解颗粒与边界的求解颗粒与边界的接触点（接触力作用点）和接触叠合量（用于计算接触作用接触点（接触力作用点）和接触叠合量（用于计算接触作用力）是近似的；力）是近似的；在小三角形平面的相互连接处一阶导数不在小三角形平面的相互连接处一阶导数不连续，致使所求颗粒与边界的法向和切向接触作用力具有突连续，致使所求颗粒与边界的法向和切向接触作用力具有突变性；变性；在采用赫芝模型求解接触作用力时，曲面边界取无在采用赫芝模型求解接触作用力时，曲面边界取无穷大的曲率半径，这些均与实际的边界情况差别

59、较大。穷大的曲率半径，这些均与实际的边界情况差别较大。为为了提高建模精度，往往还需要较多数量的三角形平面，由此了提高建模精度，往往还需要较多数量的三角形平面，由此增加了离散元法的计算时间。增加了离散元法的计算时间。FnFn采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物l基于基于CAD模型的边界建模方法模型的边界建模方法边界边界建模建模非规则曲面非规则曲面不能用初等解析数函表示，离散成规则曲面不能用初等解析数函表示，离散成规则曲面规则曲面规则曲面平面、球面、平面、球面、柱面、锥面等，可用初等解析函柱面、

60、锥面等，可用初等解析函数表示，当曲面上存在缺失部分时，数表示，当曲面上存在缺失部分时，提出实边提出实边界和虚边界的方法界和虚边界的方法虚边界实边界球颗粒曲面上划分网格常用两种方法，曲面上划分网格常用两种方法，一种是映射法另一种是直接法一种是映射法另一种是直接法。采。采用了直接法中的用了直接法中的推进波前法推进波前法AFT（Advancing Front Technique）。）。物理域物理域参数域参数域波前法波前法平面边界平面边界球面柱面球面柱面椭球面椭球面采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净

61、无污物l运动边界建模运动边界建模VV分离筛分离筛筛面筛面运动运动形式形式复杂运动复杂运动一种联合收割机中分离筛等一种联合收割机中分离筛等简单运动简单运动平动、转动和平转动组合平动、转动和平转动组合平动、转动平动、转动复杂运动复杂运动播种单体播种单体开沟开沟播种播种铲车铲车履带车履带车采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物nij边界边界n平动平动新位置新位置原位置原位置+Vt转动转动新位置新位置原位置原位置+ r tl平转动边界运动建模平转动边界运动建模采用PP管及配件：根据给水设计图配置好P

62、P管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物l复杂运动边界运动建模复杂运动边界运动建模分离筛分离筛筛面筛面运动运动形式形式多体动力学方法多体动力学方法图解方法图解方法分析方法分析方法笛卡尔方法笛卡尔方法一般机械系统一般机械系统拉格朗日方法拉格朗日方法航天器系统航天器系统多体动力学方法及其软件的特点：自动建模、自动求解多体动力学方法及其软件的特点：自动建模、自动求解为笛卡尔坐标阵的约束方程为各刚体的质量矩阵为约束方程的雅可比矩阵笛卡尔位形坐标阵为各刚体上受到的外力矩阵为与约束方程对应的拉格朗日乘子阵采用PP管及配件：根据给水设计图配

63、置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物振动筛筛面质心位移的变化曲线振动筛筛面质心位移的变化曲线（a）X方向方向（b）Y方向方向分离筛分离筛筛面筛面我们采用多刚体运动学中的我们采用多刚体运动学中的笛卡尔方法笛卡尔方法，分别建立各种铰链约束方，分别建立各种铰链约束方程，采用牛顿程，采用牛顿拉斐逊方法求解系统的约束方程、速度与加速度方程，拉斐逊方法求解系统的约束方程、速度与加速度方程，得到每个时步、每个刚体的平动位移和速度、角位移和角速度等，得到每个时步、每个刚体的平动位移和速度、角位移和角速度等，实现实现了多刚体动力学（了多刚体动力

64、学（MBD）与三维离散元法（）与三维离散元法（DEM）的耦合）的耦合。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物振动筛筛面质心加速度的变化曲线振动筛筛面质心加速度的变化曲线（a）X方向方向（b）Y方向方向分离筛分离筛筛面筛面振动筛筛面质心速度的变化曲线振动筛筛面质心速度的变化曲线（a）X方向方向（b）Y方向方向采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物基于基于DEM和和MBD耦合的筛分过程仿真分析耦合的筛分

65、过程仿真分析(a) 二维分析二维分析(b) 三维分析三维分析采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物离散元法发展到今天，大部分研究都集中离散元法发展到今天，大部分研究都集中在颗粒的分析模型和接触力学模型等方面，对在颗粒的分析模型和接触力学模型等方面，对于边界建模的讨论还较少。于边界建模的讨论还较少。建立一种高效、精确和适应性广的离散元建立一种高效、精确和适应性广的离散元法边界建模方法，已成为离散元法实际应用急法边界建模方法，已成为离散元法实际应用急需解决的关键问题之一。需解决的关键问题之一。采用P

66、P管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物 (1)如如何何建建立立一一种种非非规规则则曲曲面面边边界界的的离离散散元元法法分分析析模模型型还还需需要要深深入入研研究究，离离散散方方法法离离散散成成三三角角形形平平面面或或球球面面或或其其它它曲曲面面；精精度度控控制制基基于于几几何何自自适适应应；与与CAD软件集成；自动建模等软件集成；自动建模等。 (2)如如何何建建立立复复杂杂运运动动规规律律边边界界的的离离散散元元法法分分析析模模型型还需要深入研究还需要深入研究，非平动转动边界，非平动转动边界。 (3)如如

67、何何建建立立弹弹性性边边界界的的离离散散元元法法分分析析模模型型还还需需要要深深入研究入研究，弹性边界或橡胶材料边界等，弹性边界或橡胶材料边界等。输送带输送带弹簧弹簧采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物在离散元法分析中，颗粒与颗粒之间、颗粒与边界之在离散元法分析中，颗粒与颗粒之间、颗粒与边界之间的相互作用力，一般分为间的相互作用力，一般分为法向法向和和切向切向两个方向，并分别两个方向，并分别采用不同的力学模型来计算。由于通常要分析计算的颗粒采用不同的力学模型来计算。由于通常要分析计算的颗粒数量较

68、多，采用较完备的力学理论来建立模型并由此计算数量较多，采用较完备的力学理论来建立模型并由此计算作用力，不仅计算复杂，而且计算量较大，因此，通常都作用力，不仅计算复杂，而且计算量较大，因此，通常都采用简化模型，常用的接触力学模型有以下几种。采用简化模型，常用的接触力学模型有以下几种。 3. 相互作用的力学模型及参数确定相互作用的力学模型及参数确定采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物线性粘弹性模型，法向接触作用力为线性粘弹性模型，法向接触作用力为（斥力）（斥力）式式中中Fn为为接接触触两两体体间间

69、的的法法向向作作用用力力；kn为为接接触触的的法法向向刚刚度度系系数数，n为为接接触触两两体体的的法法向向叠叠合合量量；cn为为法法向向粘粘性性阻阻尼尼系系数数，vn为两体接触处的法向相对速度。为两体接触处的法向相对速度。3.1 线性粘弹性接触力学模型线性粘弹性接触力学模型 Fn(N)KNKYKZCNCZCYYXZ单元1单元2n R1R2ij（无粘干颗粒）（无粘干颗粒）采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物由由于于切切向向力力的的大大小小与与加加载载历历史史有有关关，因因而而通通常常切切向向接接触

70、力的计算都采用增量形式，切向作用力为触力的计算都采用增量形式，切向作用力为（静摩擦力）（静摩擦力）式式中中Fs(t)为为当当前前时时步步接接触触两两体体间间切切向向作作用用力力；Fsk(t)为为当当前时步接触两体间切向弹性力，前时步接触两体间切向弹性力，；为为上上一一时时步步接接触触两两体体间间切切向向弹弹性性力力，t为为计计算算时时间间步步长长；ks为为接接触触的的切切向向刚刚度度系系数数，vs为为接接触触处处的的切切向向相相对对速速度度；为为当当前前时时步步接接触触两两体体间间切切向向阻阻尼尼力力，；cs为为切切向向粘粘性性阻阻尼尼系系数数。s

71、=x, y，线线性性粘粘弹弹性性模模型型适适合合于于无粘干颗粒。无粘干颗粒。R1R2ij采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物线线性性粘粘弹弹性性模模型型虽虽然然得得到到广广泛泛应应用用，但但实实际际上上颗颗粒粒相相互互接接触触时时，法法向向作作用用力力都都是是非非线线性性的的，非非线线性性粘粘弹弹性性模模型型可由赫兹弹性接触理论得到为可由赫兹弹性接触理论得到为（斥力）（斥力）式中式中，，， R1、R2分别分别为接触两体接触处的曲率半径，为接触两体接触处的曲率半径，E1、E2分别为接触两体

72、的分别为接触两体的弹性模量，弹性模量，、分别为接触两体的泊松比。分别为接触两体的泊松比。3.2 非线性粘弹性力学模型非线性粘弹性力学模型 Fn(N)n R1R2ij（无粘干颗粒）（无粘干颗粒）采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物切向接触力学模型为切向接触力学模型为（静摩擦力）（静摩擦力）s=x, y，非线性粘弹性模型适合于无粘干颗粒。，非线性粘弹性模型适合于无粘干颗粒。R1R2ij采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，

73、保持熔接部位干净无污物人人们们深深入入研研究究发发现现，在在上上述述粘粘弹弹性性模模型型中中，当当接接触触的的法法向向叠叠合合量量n=0时时，法法向向接接触触力力Fn0，很很显显然然这这与与实实际际情情况况相相违违背背；而而且且实实际际接接触触的的两两颗颗粒粒间间，粘粘性性阻阻尼尼力力也也是非线性的。是非线性的。为为了了克克服服这这些些缺缺点点，人人们们又又提提出出了了非非线线性性粘粘弹弹性性模模型型的一般表达式为的一般表达式为（斥力）（斥力）式式中中r可可在在12间间取取值值；s可可在在01间间取取值值。Mishra通通过过实实验验确确定定，对对于于钢钢球球类类颗颗粒粒，r=1.6、s

74、=0.8比比较较合合适适；而而在在Tsuji等研究中，取等研究中，取r= 1.5、s=0.25。 n R1R2ij采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物 (1)粘粘性性阻阻尼尼力力并并非非真真正正代代表表一一种种能能量量耗耗散散机机制制，而而只只是使计算尽快稳定的方法，因而是使计算尽快稳定的方法，因而cn的确定具有较大随意性；的确定具有较大随意性； (2)虽虽然然cn可可由由e求求得得，但但由由于于e不不仅仅与与材材料料特特性性有有关关，还还与与接接触触表表面面形形状状、接接触触碰碰撞撞速速度度等等

75、有有关关，这这给给正正确确地地确确定定cn也带来难度；也带来难度； (3)当当法法向向作作用用力力较较大大时时，在在接接触触点点处处产产生生塑塑性性变变形形，塑塑性性变变形形将将产产生生能能量量耗耗散散，而而此此时时e又又较较小小，根根据据粘粘弹弹性性模模型计算的法向力已有较大误差。型计算的法向力已有较大误差。3.3 弹塑性接触力学模型弹塑性接触力学模型采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物为为此此，Mishra、Walton、 Vu-Quoc等等又又分分别别提提出出了了几几种种弹弹塑塑性性法法

76、向向接接触触力力学学模模型型，其其中中Walton提提出出的的半半锁锁弹弹簧簧(又称双线性又称双线性)模型为模型为（斥力）（斥力）式式中中k1和和k2分分别别为为加加载载和和卸卸载载时时的的法法向向刚刚度度系系数数；和和0分分别别为为接接触触两两体体的的法法向向叠叠合合量量和和残残余余法法向向叠叠合合量量，k1和和k2还还满满足关系式足关系式。加载时加载时卸载时卸载时n R1R2ij采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物切切向向粘粘弹弹性性模模型型也也存存在在着着正正确确确确定定cs较较难难等

77、等缺缺点点。为为此此，一一些些研研究究人人员员又又根根据据Mindlin的的弹弹性性摩摩擦擦接接触触理理论论，并并由由不同简化得到几种不同的力学模型，其一般表达式为不同简化得到几种不同的力学模型，其一般表达式为式式中中切切向向刚刚度度系系数数ks是是一一个个变变化化值值，需需在在每每一一时时步步不不断断重重新新计计算算，而而ks的的计计算算方方法法不不同同，力力学学模模型型则则不不同同。Walton等等提出的切向力学模型，其提出的切向力学模型，其ks的计算式为的计算式为式式中中当当接接触触的的法法向向作作用用力力由由半半锁锁弹弹簧簧模模型型计计算算时时，；为为摩摩擦擦系系数数；Fn(t)

78、为为t时时刻刻的的法法向向作作用用力力；Fs*为为Fs曲曲线线的转折点，图中切向位移的转折点，图中切向位移S=vst。 Fs增大时增大时Fs减小时减小时采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物上上述述Walton的的切切向向力力模模型型，只只适适用用于于Fn为为常常值值时时切切向向接接触触力力的的计计算算，但但在在多多数数情情况况下下Fn是是变变化化的的，为为此此Vu-Quoc等又提出另一种切向力计算模型，其等又提出另一种切向力计算模型，其ks计算式为计算式为式中当接触的法向作用力由半锁弹簧模型计

80、提出一种直接计算总切向力的模型，以代替上述增量模型，其计算公式为代替上述增量模型，其计算公式为（静摩擦力）（静摩擦力）式式中中Fs0为为Fs的的初初值值；S为为某某时时刻刻的的切切向向位位移移，S0为为S的的初值。初值。（无粘干颗粒）（无粘干颗粒）采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物 3.4 湿颗粒湿颗粒(土壤土壤)接触力学模型接触力学模型当当两两颗颗粒粒中中心心距距D R1+R2时时，法法向向接接触触力力由由线线性性粘粘弹弹性模型计算为性模型计算为（斥力）（斥力）当当两两颗颗粒粒中中心心距

81、距D在在 R1+R2 D (1+Cad)( R1+R2)间间时时，法向接触力为法向接触力为（吸力）（吸力）n R1R2ij-n R1R2ij采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物对上述模型进行了改进，当对上述模型进行了改进，当n0时时当当 Ca n 0时时nn（吸力）（吸力）（吸力）（吸力）V采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物3.5 湿颗粒液桥接触力学模型湿颗粒液桥接触力学模型当两颗粒间间距当两颗

82、粒间间距n (=s1+s2)在在0 n(1+0.5 )V1/3时，时，法向接触力为法向接触力为（吸力）（吸力）式式中中，；Ri为为颗颗粒粒半半径径(m)；S为为颗颗粒粒间间距距(m)；1 为为液液桥桥半半径径(m)；2为为液液桥桥颈颈部部半半径径(m)；i为为接接触触半半角角 (rad)；i为为半半填填充充角角(rad)；液液体体粘粘度度Pa s；为为流流体体表表面面张张力力(N/m)； vn为法向相对速度；为法向相对速度；V为两颗粒间液体体积可由下式求得为两颗粒间液体体积可由下式求得 n采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口

83、面的圆度，保持熔接部位干净无污物切向接触力学模型为切向接触力学模型为当当两两颗颗粒粒间间间间距距n00时时，颗颗粒粒间间既既有有液液桥桥力力，还还有有弹弹性性力力，此此时时总总作作用用力力是是两两者的叠加。者的叠加。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物3.6 表面粘附力学表面粘附力学模型模型当当颗颗粒粒尺尺寸寸比比较较小小时时，颗颗粒粒间间可可能能产产生生粘粘聚聚力力，此此时时可可用粘聚力模型计算颗粒的用粘聚力模型计算颗粒的法向法向作用力为作用力为（吸力）（吸力）式中式中为粘连表面能；为粘

84、连表面能；；；。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物3.7 气固耦合力学气固耦合力学模型模型在在自自然然界界和和工工农农业业生生产产中中，气气固固两两相相的的耦耦合合作作用用非非常常普普遍遍。目目前前的的分分析析方方法法可可分分为为两两种种，即即基基于于欧欧拉拉方方法法的的双双流流模模型型和基于拉格朗日方法的和基于拉格朗日方法的颗粒轨道模型颗粒轨道模型。气吹排种器气吹排种器气吸排种器气吸排种器清选机清选机气力输送气力输送采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角

85、切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物双流模型双流模型即计算流体力学方法（即计算流体力学方法（CFD），采用数值方法求解方程。），采用数值方法求解方程。双双流流模模型型把把气气体体和和颗颗粒粒均均假假设设为为流流体体，分分别别求求解解气气固固两两相相的的质质量量和和动量守恒方程如下动量守恒方程如下（气相方程）（气相方程）。式中式中x、y、z为三维坐标；为三维坐标；t为时间；为时间；u、v、w分别为分别为在在x、y、z三维三维坐标轴的投影；坐标轴的投影；p为静压；为静压；g为重力加速度；为重力加速度；、、，且，且、和和分别为颗粒相给气体作用力分别为颗粒

86、相给气体作用力在在x、y、z三维坐标轴的投影。三维坐标轴的投影。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物管道流动分析管道流动分析（稀稀相颗粒）相颗粒）车辆行驶空气阻力分析车辆行驶空气阻力分析风机工作过程分析风机工作过程分析CFD方法及其软件的应用方法及其软件的应用潜艇阻力和浮力分析潜艇阻力和浮力分析采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物颗颗粒粒轨轨道道模模型型又又有有两两种种方方法法，一一种种是是不不考

87、考虑虑颗颗粒粒间间的的接接触碰撞力，适用于稀疏颗粒流。触碰撞力，适用于稀疏颗粒流。另另一一种种是是考考虑虑颗颗粒粒间间的的接接触触作作用用力力，即即DEM-CFD耦耦合合方法，日本学者方法，日本学者Tsuji于于1993年首先提出。年首先提出。当当气气体体粘粘性性为为常常数数、气气体体不不可可压压缩缩且且将将颗颗粒粒对对气气体体的的作作用力作为源项时，三维气固耦合的气相控制方程为用力作为源项时，三维气固耦合的气相控制方程为采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物两相间的耦合作用，当固相浓度较高

88、时采用双向耦两相间的耦合作用，当固相浓度较高时采用双向耦合，当固相浓度较低时，采用单相耦合即只考虑气体对颗合，当固相浓度较低时，采用单相耦合即只考虑气体对颗粒的作用力。粒的作用力。颗颗粒运粒运动动方程（球方程（球颗颗粒）粒）采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物颗颗粒粒与与气气体体之之间间的的相相互互作作用用力力比比较较复复杂杂，包包括括曳曳力力、浮浮力力、压压力力梯梯度度力力、虚虚假假质质量量力力、Magnus力力、Basset力力、Saffman力力等等。但但对对于于密密相相颗颗粒粒、无无粘

89、粘干干颗颗粒粒且且颗颗粒粒的的密密度度远远大大于于气气体体密密度度时时，可可以以只只考考虑虑曳曳力，单颗粒上的受气体作用力为力，单颗粒上的受气体作用力为（D i Felice公式）公式）式式中中为为当当前前时时步步单单颗颗粒粒i所所受受的的气气体体作作用用力力；d为为颗颗粒粒i的的直直径径；为为气气体体密密度度；为为颗颗粒粒i所所在在网网格格的的气气体体速速度度，可可通通过过求求解解气气固固耦耦合合的的气气相相控控制制方方程程求求出出；为为当当前前时时步步颗颗粒粒i运运动动速速度度，可可由由求求解解气气固固耦耦合合的的DEM计计算算求求出出；为为空空隙隙率率即即网网格格内内气气体体所

90、所占占体体积积的的百百分分比比；为为单单颗颗粒粒曳曳力力系数（系数（颗粒颗粒阻力系数）。阻力系数）。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物Ergun公式公式:W en 和和Yu公式公式:采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物lDEM-CFD耦合方法的几个问题耦合方法的几个问题流体相的流态流体相的流态层流层流求解求解N-S方程方程湍流湍流直接数值模拟直接数值模拟湍流方程，如时均方程、大涡模拟等湍流方程，

91、如时均方程、大涡模拟等直接求解直接求解N-S方程，网格方程，网格尺寸和时步需取得非常小尺寸和时步需取得非常小对于密相颗粒流，也采用对于密相颗粒流，也采用层流方法，求解层流方法，求解N-S方程方程采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物离散计算分析区域离散计算分析区域划分网格划分网格块块网网格格适应性强适应性强非非结结构构网网格格非规整、复杂非规整、复杂边界适应性强边界适应性强贴体网格贴体网格结构网格结构网格规规整整适应性差适应性差均匀网格均匀网格同位网格同位网格交错网格交错网格采用P

92、P管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物方程离散方法方程离散方法有限差分方法有限差分方法只是用于结构网格、均匀网格只是用于结构网格、均匀网格有限体积方法有限体积方法适用于结构网格、非结构网格适用于结构网格、非结构网格离散格式离散格式对流相离散格式：中心差分、一阶迎风、二阶迎风和对流相离散格式：中心差分、一阶迎风、二阶迎风和Quick格式格式非稳态相离散格式：显示积分方案、全隐式积分方案、半隐式非稳态相离散格式：显示积分方案、全隐式积分方案、半隐式扩散项相离散格式：中心差分扩散项相离散格式：中心差分采用P

93、P管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物给定参数求解气相控制方程方程给定参数求解气相控制方程方程确定初始条件和边界条件确定初始条件和边界条件SIMPLEGauss-SeidelTDMA排种器排种器CAD模型模型排种器分析模型排种器分析模型排种器分析模型排种器分析模型采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物非球颗粒孔隙率非球颗粒孔隙率求解气体给颗粒的作用力求解气体给颗粒的作用力非球颗粒阻力系数非球颗粒阻力系数非球颗粒

94、垂直于流体速度的面积非球颗粒垂直于流体速度的面积采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物我们采用结构网格和有限体积法，对流相我们采用结构网格和有限体积法，对流相中心差分、一阶迎风格式、二阶迎风和中心差分、一阶迎风格式、二阶迎风和Quick格式等，格式等，Gauss-Seidel和和TDMA方法求解离方法求解离散方程，得到气场压力和速度，在此基础上实散方程，得到气场压力和速度，在此基础上实现了现了DEM-CFD的耦合。的耦合。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管

95、材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物FLUENT软件软件自主研发软件（自主研发软件（QUICK格式）格式）自主研发软件（二阶迎风格式）自主研发软件（二阶迎风格式）直直管管道道流流自主研发软件（一阶迎风格式）自主研发软件（一阶迎风格式）采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物FLUENT软件软件自主研发软件（自主研发软件（QUICK格式）格式）自主研发软件（二阶迎风格式）自主研发软件（二阶迎风格式）阶阶梯梯管管道道流流自主研发软件（一阶迎风格式）自主研发软件（一阶迎风

96、格式）采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物自主研发软件（自主研发软件（QUICK格式）格式）自主研发软件（二阶迎风格式）自主研发软件（二阶迎风格式）阶阶梯梯管管道道流流FLUENT软件软件自主研发软件（一阶迎风格式）自主研发软件（一阶迎风格式）采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，

97、保持熔接部位干净无污物气力输送仿真分析气力输送仿真分析气吹排种器工作过程仿真分析气吹排种器工作过程仿真分析采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物3.8 连接力连接力学学模型模型离散元法离散元法颗粒作用颗粒作用力计算的力计算的力学模型力学模型接触作用力模型接触作用力模型（斥力）（斥力）连接作用力模型连接作用力模型（吸力）（吸力）FnFnFn采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物接接触触和和连连接接力力学学

98、模模型型的的耦耦合合可可用用于于粉粉碎碎、切切断断、脱脱粒粒等过程分析。等过程分析。玉米籽粒接触玉米籽粒接触脱粒机与玉米籽粒接触脱粒机与玉米籽粒接触OO玉米籽粒与玉米芯接触玉米籽粒与玉米芯接触分分析析脱脱粒粒时时，玉玉米米籽籽粒粒与与玉玉米米籽籽粒粒的的接接触触及及作作用用力力，玉玉米米籽籽粒粒与与脱脱粒粒机机的的接接触触及及作作用用力力，可可以以采采用用接接触触力力学学模模型型计计算算；玉玉米米籽籽粒粒与与玉玉米米芯芯的的接接触触及及接接触触作作用用力力，可可以以采采用连接力学模型计算。用连接力学模型计算。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪

99、边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物OZYXY方向压缩力方向压缩力- 时力位移曲线时力位移曲线Y方向压缩力方向压缩力- 是刚度系数、断裂力、断裂位移是刚度系数、断裂力、断裂位移采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物OX方向压缩力方向压缩力时刚度系数、断裂力、断裂位移时刚度系数、断裂力、断裂位移Z方向压缩力方向压缩力时刚度系数、断裂力、断裂位移时刚度系数、断裂力、断裂位移ZYX采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆

100、度，保持熔接部位干净无污物OZYX-FZFY=Fmax拉-FY=Fmax压压FZFX-FX采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物OZYX0246815304560夹角 ? /试验值计算值先育先育335号玉米对比号玉米对比先锋先锋8号玉米对比号玉米对比 F 0246815304560夹角 ? /试验值计算值采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物(e) 小麦穗模型小麦穗模型(d) 玉米穗模型玉米穗模型(f)

101、小小麦麦植植株株模模型型我们采用连接力学模型建立并分析了：我们采用连接力学模型建立并分析了：玉米脱粒过程三维仿真分析玉米脱粒过程三维仿真分析麦穗脱粒过程三维仿真分析麦穗脱粒过程三维仿真分析采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物库仑库仑莫尔准则莫尔准则当当 Fsk(t) j Fnk(t) 时时，Fs(t) 由由上上式式计计算。算。当当 Fsk(t) j Fnk(t) 时时， Fs(t) =d Fnk(t) 。此此时时Fs(t)符符号号取取其其修修正正前前的的切切向向力力符符号号。j为为接接触

102、触两两体体间间的的静静摩摩擦擦系系数数，d为为接接触触两两体体间的动摩擦系数。间的动摩擦系数。R1R2ij采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物 (1)对农业生产中的散粒物料进行实际分析对农业生产中的散粒物料进行实际分析时，选择哪个力学模型时，选择哪个力学模型更好更好，或如何改进已有的，或如何改进已有的力学模型，还需要深入研究。力学模型，还需要深入研究。 (2)农业土壤农业土壤壤土属于非饱和的多相体系，壤土属于非饱和的多相体系，本构关系复杂，含水率、质地、有机质含量、粒本构关系复杂，含水率、质地、有

103、机质含量、粒度和坚实度等对其性质都有影响。壤土颗粒间的度和坚实度等对其性质都有影响。壤土颗粒间的相互作用力学模型，还需要深入研究。相互作用力学模型，还需要深入研究。粮食干燥分析粮食干燥分析采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物颗颗粒粒材材料料和和机机械械部部件件的的物物理理机机械械性性质质不不同同，力力学学模模型型中中参参数数，如如刚刚度度系系数数、弹弹性性模模量量、泊泊松松比比、碰碰撞撞恢恢复复系系数数、摩擦系数摩擦系数等也不同。等也不同。 Klinker等等通通过过测测取取颗颗粒粒作作用用力力

104、和和变变形形的的关关系系，并并用用最最小二乘法拟合成直线，从而得到小二乘法拟合成直线，从而得到kn的值。的值。 Negi等等通通过过振振动动试试验验，测测取取了了大大豆豆的的自自振振频频率率及及在在此此频率下的振动响应，并通过计算得到大豆的频率下的振动响应，并通过计算得到大豆的kn和和cn。对对于于半半锁锁弹弹簧簧模模型型中中的的刚刚度度系系数数k1，则则应应取取力力和和变变形形曲线接近屈服点处的斜率。曲线接近屈服点处的斜率。 3.9 力学模型中参数的确定力学模型中参数的确定准静态压缩准静态压缩采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保

105、证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物 Deshpande等等通通过过试试验验测测定定了了不不同同含含水水率率(8.725%)时时，大大豆豆的的尺尺寸寸分分布布、形形状状、球球形形率率、容容重重、表表面面积积、千粒重、密度等的变化。千粒重、密度等的变化。 LoCurto等等研研究究了了不不同同含含水水率率的的大大豆豆种种子子，以以不不同同速速度碰撞塑料和金属板时，碰撞恢复系数度碰撞塑料和金属板时，碰撞恢复系数e的变化规律。的变化规律。 Yang等等还还研研究究了了不不同同散散粒粒物物料料如如大大豆豆、小小麦麦，当当其其形形状状、尺尺寸寸、含含水水率率、碰碰撞撞速速度度、碰碰撞撞角角度度不不同同

106、时时的的碰碰撞特性。撞特性。 Zhang等等还还提提出出一一种种由由简简单单力力学学试试验验，求求解解大大豆豆的的弹弹性模量、泊松比和屈服应力的方法。性模量、泊松比和屈服应力的方法。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物 Gupta等对葵花籽的物理机械性质，包括尺寸、等对葵花籽的物理机械性质，包括尺寸、球形率、密度、悬浮速度、摩擦系数等进行了研究。球形率、密度、悬浮速度、摩擦系数等进行了研究。 Moya等对包括小麦、葵花籽在内的多种散粒等对包括小麦、葵花籽在内的多种散粒农业物料的弹性模量、泊松比、

107、内摩擦角、比重等农业物料的弹性模量、泊松比、内摩擦角、比重等物理机械性质进行了研究。物理机械性质进行了研究。 Molenda等还对小麦在不同条件下的摩擦系数等还对小麦在不同条件下的摩擦系数进行了研究。进行了研究。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物目前确定颗粒力学参数的方法主要有三种：目前确定颗粒力学参数的方法主要有三种：把颗粒当成一个整体，通过弹塑性理论分析和单把颗粒当成一个整体，通过弹塑性理论分析和单颗粒试验得到颗粒的力学参数；颗粒试验得到颗粒的力学参数；通过接触力学分析、简单试验和试凑

108、方法得到颗通过接触力学分析、简单试验和试凑方法得到颗粒的力学参数；粒的力学参数；采用宏观力学试验，如三轴试验、双轴试验和直采用宏观力学试验，如三轴试验、双轴试验和直剪试验、坚实度试验等，得到颗粒群体的宏观力学参数，剪试验、坚实度试验等，得到颗粒群体的宏观力学参数，然后建立宏观参数与微观颗粒参数的关系，由此得到颗然后建立宏观参数与微观颗粒参数的关系，由此得到颗粒的力学参数粒的力学参数（反求，多解）（反求，多解）。准静态压缩准静态压缩vvv三轴试验三轴试验直剪试验直剪试验坚实度试验坚实度试验采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面

109、的圆度，保持熔接部位干净无污物 (1)颗粒的物理机械性质影响因素多、分散较大，研颗粒的物理机械性质影响因素多、分散较大，研究在离散元法分析时参数的选取方法，以使离散元法的分究在离散元法分析时参数的选取方法，以使离散元法的分析结果与实际情况较吻合，还需要深入研究。析结果与实际情况较吻合，还需要深入研究。 (2)土壤颗粒的力学参数很难直接测试，如何选取参土壤颗粒的力学参数很难直接测试，如何选取参数，还需要深入研究。数，还需要深入研究。 (3)玉米脱粒时，如何选取参数，还需要深入研究。玉米脱粒时，如何选取参数，还需要深入研究。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切

110、断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物4. 邻居搜索与接触判断邻居搜索与接触判断在计算某颗粒与其它颗粒的接触作用力前，首先应判定在计算某颗粒与其它颗粒的接触作用力前，首先应判定与该颗粒接触的颗粒或边界，该过程称与该颗粒接触的颗粒或边界，该过程称接触检查接触检查。为了减小接触检查的计算量，一般又把它分成两步来完为了减小接触检查的计算量，一般又把它分成两步来完成，第一步称成，第一步称邻居搜索邻居搜索，即采用某种方法确定与该颗粒较为，即采用某种方法确定与该颗粒较为接近的颗粒或边界接近的颗粒或边界(称邻居元称邻居元) ，第二步称，第二步称接触判断接触判断，即采用，即采用某种

111、方法判定该颗粒与邻居颗粒或边界是否真正接触。某种方法判定该颗粒与邻居颗粒或边界是否真正接触。在离散元法分析中，常采用三种邻居搜索方法，即在离散元法分析中，常采用三种邻居搜索方法，即邻居邻居列表法列表法(Neighbor List)、网格法网格法(Lattice or Boxing)和和边界边界盒法盒法(Bounding Box)。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物邻居列表法邻居列表法是是Verlet 提出的一种方法，其基本思想以某一颗粒提出的一种方法，其基本思想以某一颗粒为中心，以一定长为

112、中心，以一定长r(通常通常r3.1Rmax，Rmax为系统中最大颗粒的半径为系统中最大颗粒的半径)为为半径画一个圆或球，则在该圆或球内的颗粒均作为该颗粒的邻居元，半径画一个圆或球，则在该圆或球内的颗粒均作为该颗粒的邻居元，检查该颗粒与其它颗粒或边界是否接触，只需检查该颗粒是否与邻居检查该颗粒与其它颗粒或边界是否接触，只需检查该颗粒是否与邻居元接触。当元接触。当N为系统内的全部颗粒数量时，该方法精确确定系统内全为系统内的全部颗粒数量时，该方法精确确定系统内全部颗粒接触的计算复杂度为部颗粒接触的计算复杂度为O(N2)。但由于离散元法分析时，时步通常。但由于离散元法分析时，时步通常取得较小，使颗粒在

113、一个时步内位移较小，因而一旦颗粒的邻居元链取得较小，使颗粒在一个时步内位移较小，因而一旦颗粒的邻居元链表被确定，则可用于几个时步的接触判断，因而该方法的平均计算复表被确定，则可用于几个时步的接触判断，因而该方法的平均计算复杂度为杂度为O(N)，比直接检查系统内每一个颗粒与系统其它颗粒接触的计，比直接检查系统内每一个颗粒与系统其它颗粒接触的计算复杂度算复杂度O(N2)要小。当系统颗粒数要小。当系统颗粒数N较大时，该方法的计算复杂度接较大时，该方法的计算复杂度接近近O(N2)；当增大；当增大r时，虽然可以在一定程度上降低该方法的计算复杂时，虽然可以在一定程度上降低该方法的计算复杂度，但过大的度，但

114、过大的r也将增加计算时间。也将增加计算时间。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物网格法是网格法是Alder和和Wainwright 提出的一种方法，其基提出的一种方法，其基本思想是以一定尺寸本思想是以一定尺寸L为边长，把分析区域划分成规则的为边长，把分析区域划分成规则的网格，则每一个颗粒均在某一个网格内。对于某一个颗粒网格，则每一个颗粒均在某一个网格内。对于某一个颗粒来说，其所在的网格及其邻接的来说，其所在的网格及其邻接的8个个(二维二维)或或26个个(三维三维)网格内的颗粒或边界均作为该颗粒

115、的邻居元，检查该颗粒网格内的颗粒或边界均作为该颗粒的邻居元，检查该颗粒是否与其它颗粒或边界接触，只需检查该颗粒与邻居元是是否与其它颗粒或边界接触，只需检查该颗粒与邻居元是否接触即可。当系统颗粒直径相同，而且否接触即可。当系统颗粒直径相同，而且L选取适当时，选取适当时，该方法的计算复杂度为该方法的计算复杂度为O(N)：当系统颗粒尺寸差异较大或：当系统颗粒尺寸差异较大或非球形颗粒长短径比较大时，计算复杂度为非球形颗粒长短径比较大时，计算复杂度为O(N2)。圆弧段边界直线段边界圆形颗粒邻居元范围采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面

116、的圆度，保持熔接部位干净无污物边界盒法边界盒法是是Cohen和和Baraff同时提出的一种方法，其同时提出的一种方法，其基本思想是把平行于坐标平面并与颗粒外接的盒基本思想是把平行于坐标平面并与颗粒外接的盒(称边界盒称边界盒)分别垂直投影到坐标轴分别垂直投影到坐标轴x，y，z上，如果两颗粒相互接触，上，如果两颗粒相互接触，那么其边界盒在三个坐标轴上的投影必定重合。该方法当那么其边界盒在三个坐标轴上的投影必定重合。该方法当系统颗粒数系统颗粒数N较少且颗粒密度较小时，计算复杂度为较少且颗粒密度较小时，计算复杂度为O(N)；当系统颗粒密度较大时，计算复杂度也为；当系统颗粒密度较大时，计算复杂度也为O

117、(N2) 。一些。一些研究人员还对上述方法进行了改进，还有把两种方法结合研究人员还对上述方法进行了改进，还有把两种方法结合应用的报道应用的报道（包围盒）（包围盒）。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物对对于于颗颗粒粒间间的的接接触触判判断断方方法法，一一般般来来说说与与颗颗粒粒的的几几何何模模型型有有关关。对对于于圆圆形形或或球球形形几几何何模模型型颗颗粒粒，只只须须简简单单判判断断两两颗颗粒粒的的中中心心距距与与它它们们半半径径之之和和的的差差，如如果果中中心心距距小小于于半半径径之之和和，

118、则则他他们们相相互互接接触触，且且法法向向叠叠合合量量为为半半径径和和与与中中心距之差，否则未接触。心距之差，否则未接触。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物对于椭圆形几何模型颗粒，接触判断常用三种方法。对于椭圆形几何模型颗粒，接触判断常用三种方法。一种是求两椭圆方程一种是求两椭圆方程交点的方法交点的方法，并把两交点中点作为接，并把两交点中点作为接触点触点(见图见图)，但该方法有时很难求出精确解，当两椭圆叠，但该方法有时很难求出精确解，当两椭圆叠合量非常小或两椭圆半轴共线时还可能无解，而且该方

119、法合量非常小或两椭圆半轴共线时还可能无解，而且该方法不能直接推广到三维情况。不能直接推广到三维情况。第二种称第二种称几何势方法几何势方法，该方法是通过求解两接触椭圆，该方法是通过求解两接触椭圆分别进入对方最远点的两点中点作为交点。分别进入对方最远点的两点中点作为交点。第三种是第三种是公法线法公法线法，Lin等还证明一般情下几何势方等还证明一般情下几何势方法比公法线法精度更高、求解速度更快。在上述三种方法法比公法线法精度更高、求解速度更快。在上述三种方法中，后两种方法也用于椭球的接触判断。中，后两种方法也用于椭球的接触判断。求两椭圆交点方法求两椭圆交点方法求椭圆交点的几何势方法求椭圆交点

120、的几何势方法公法线方法简图公法线方法简图采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物 (1)大长径比颗粒的邻居搜索方法。大长径比颗粒的邻居搜索方法。 (2)边界图元如何放入网格内以进行邻居搜索，边界图元如何放入网格内以进行邻居搜索，还需要深入研究。还需要深入研究。 (3)当采用超二次方程建立颗粒模型时，如何高当采用超二次方程建立颗粒模型时，如何高效、高精度地进行颗粒与颗粒之间、颗粒与边界之效、高精度地进行颗粒与颗粒之间、颗粒与边界之间的接触判定还需要深入研究。间的接触判定还需要深入研究。采用PP管及配

121、件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物一一般般的的求求解解过过程程为为：接接触触检检查查，以以球球颗颗粒粒为为例例，分分别别检检查查系系统统内内每每个个颗颗粒粒与与其其它它颗颗粒粒或或边边界界的的接接触触情情况况，求求出接触点和接触叠合量出接触点和接触叠合量n 。 5. 离散元法的求解过程和软件开发离散元法的求解过程和软件开发圆弧段边界直线段边界圆形颗粒邻居元范围邻居搜索邻居搜索接触判定接触判定分离筛分离筛筛面筛面求叠合量求叠合量n边界边界n采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直

122、角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物颗颗粒粒作作用用力力的的计计算算，即即应应用用接接触触力力学学模模型型分分别别计计算每个颗粒上作用的合力和合力矩。算每个颗粒上作用的合力和合力矩。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物求求解解颗颗粒粒运运动动速速度度和和位位移移，即即根根据据牛牛顿顿第第二二定定律律和和每每个个颗颗粒粒上上的的作作用用的的合合力力和和合合力力矩矩，分分别别求求解解每每个个颗颗粒的平动速度和位移。粒的平动速度和位移。采用PP管及配件：根据给水设计图

123、配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物进入下一个时步，进入下一个时步，接触检查、求作用力和运动等。接触检查、求作用力和运动等。三维颗粒转动求解欧拉动力学方程三维颗粒转动求解欧拉动力学方程采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物在在离离散散元元法法中中，求求解解颗颗粒粒速速度度和和位位移移的的方方法法可可分分为为显显式式解解法法和和隐隐式式解解法法两两种种。显显式式解解法法用用于于动动力力学学问问题题的的求求解解和和动动态态松松弛弛法法的

124、的静静力力学学求求解解，隐隐式式解解法法用用于于静静态态松松弛弛法法的的静力问题求解。静力问题求解。在在采采用用显显式式方方法法时时，求求解解颗颗粒粒速速度度和和位位移移常常用用中中心心差差分分法法，也也可可采采用用其其它它数数值值积积分分方方法法，如如Runge-Kutta法法、Predictor-Corrector法和法和Newmark法等。法等。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物在在采采用用显显式式求求解解方方法法时时，由由于于假假定定在在每每一一时时步步内内颗颗粒粒的的作作用用力力、

125、加加速速度度为为常常值值，因因而而时时步步的的确确定定对对于于计计算算的的稳稳定定性性和和精精度度非非常常重重要要。大大部部分分研研究究人人员员均均采采用用Cundall给出的公式计算临界时步为给出的公式计算临界时步为式式中中mmin为为系系统统中中最最小小颗颗粒粒的的质质量量；kmax为为最最大大的的接接触触刚刚度系数。度系数。由由上上述述求求解解过过程程可可知知，离离散散元元法法的的最最大大缺缺点点是是计计算算量量大大、计计算算时时间间长长，特特别别是是分分析析数数量量较较大大的的颗颗粒粒系系统统时时，此时采用此时采用并行计算并行计算是很有必要的。是很有必要的。采用PP管及配件：根据

126、给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物离离散散元元法法发发展展到到今今天天，已已有有大大量量应应用用软软件件出出现现。如如ITASCA咨咨询询公公司司开开发发的的著著名名UDEC和和3DEC及及PFC-2D和和PFC-3D软软件件，DEM Solutions公公司司的的EDEM，Thornton研研究究组组开开发发的的著著名名GRANULE软软件件，及及其其它它研研究究组组开开发发的的软软件件等等，某某些些软软件件还还可可以以通通过过英英特特网网下下载载可可执执行行代代码码。国国内内也出现了也出现了GDEM、TRUDE

127、C、SUPER-DEM等软件。等软件。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物 (1)软件集成方法，软件集成方法，数据库数据库、数据文件、命令流。、数据文件、命令流。 (2)离散元法的分布式并行算法、多核并行算法和离散元法的分布式并行算法、多核并行算法和GPU算法，算法，OpenMP、MPI、CUDA、OpenCL。 (3)基于基于OpenGL的机械部件实体模型运动过程动态显的机械部件实体模型运动过程动态显示，数据文件格式示，数据文件格式STEP、IGES、STL、DXF等。等。采用PP管及配件：根

128、据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物三、数字化设计软件开发及应用三、数字化设计软件开发及应用我们从我们从2003年开始离散元法方面的研究，采用离散年开始离散元法方面的研究，采用离散元法（元法（DEM）、计算流体力学方法（）、计算流体力学方法（CFD）和多刚体）和多刚体动力学方法（动力学方法（MBD）及其耦合，研制出一种新型）及其耦合，研制出一种新型CAE软件，并实现了与软件，并实现了与CAD软件（软件（PRO/E、UG）集成，从）集成，从而开发出集设计与性能分析为一体的数字化设计软件而开发出集设计与性能分析为一体的

129、数字化设计软件AgriDEM。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图83 一种相关机械部件数字化设计新方法和集成分析设计软件体系结构一种相关机械部件数字化设计新方法和集成分析设计软件体系结构采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物1. 软件的结构及功能软件的结构及功能该该软软件件由由CAD设设计计子子系系统统、工工作作部部件件离离散散元元法法分分析析模模型型建建模模子子系系统统、离离散散元元法法计计

130、算算子子系系统统和和性性能能分分析析仿仿真真子子系统四个部分组成。系统四个部分组成。 CAD设设计计子子系系统统是是由由CAD软软件件组组成成，设设计计者者可可以以选选取取满满足足要要求求的的设设计计，还还可可以以对对其其进进行行修修改改，也也可可以以重重新新进进行行设设计计，并并将将设设计计结结果果保保存存。该该子子系系统统还还为为建建立立工工作作部部件件的离散元法分析模型提供数据。的离散元法分析模型提供数据。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物离离散散元元分分析析法法模模型型建建模模子子系

131、系统统，是是在在CAD环环境境下下进进行行的的二二次次开开发发，主主要要功功能能是是通通过过人人机机交交互互读读取取机机械械部部件件的的CAD模模型型（CAD设设计计图图）中中与与颗颗粒粒接接触触的的零零部部件件表表面面（图图元元），并并设设定定图图元元运运动动属属性性和和材材料料特特性性等等，建建立立“几几何何模模型型+ +运运动动模模型型+ +材材料料特特性性”的的离离散散元元法法分分析析模模型型，并并将将模模型型存存储储到到数数据据库库中中，为为离离散散元元法法计计算算子子系系统统和和性性能分析仿真子系统提供数据环境。能分析仿真子系统提供数据环境。 yxz采用PP管及配件：根据给水设计图

132、配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物离散元计算子系统离散元计算子系统负责分析计算颗粒之间及颗粒与负责分析计算颗粒之间及颗粒与机械机械部件之间的接触情况、相互作用力和运动情况。用户部件之间的接触情况、相互作用力和运动情况。用户首先在数据库中选取首先在数据库中选取机械机械部件的分析模型，再根据颗粒的部件的分析模型，再根据颗粒的特性选择不同的力学模型和相关参数，然后进行离散元法特性选择不同的力学模型和相关参数，然后进行离散元法计算，由此求出每个颗粒的运动速度和位移，并将这些信计算，由此求出每个颗粒的运动速度和位移，并将这些信息以文件

133、的形式记录下来。息以文件的形式记录下来。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物性性能能分分析析仿仿真真子子系系统统，是是在在离离散散元元法法计计算算的的同同时时或或完完成成后后，将将计计算算所所得得数数据据以以图图形形仿仿真真的的形形式式重重现现出出来来，并并提提供供颗颗粒粒运运动动速速度度、颗颗粒粒上上作作用用力力、颗颗粒粒作作用用力力场场、颗颗粒粒运运动动速速度度场场显显示示、颗颗粒粒流流量量统统计计、机机械械部部件件工工作作阻阻力力分分析析等等功功能能，用用以以分析机械部件的工作性能。分析机

134、械部件的工作性能。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物该软件可由农机部件的该软件可由农机部件的CAD模型自动生成模型自动生成其离散元法分析模型，还可自动生成多种几何其离散元法分析模型，还可自动生成多种几何模型的颗粒材料，可采用多种接触力学模型进模型的颗粒材料，可采用多种接触力学模型进行接触力的计算，并采用人机交互方式输入计行接触力的计算，并采用人机交互方式输入计算参数，因而具有广泛的适用性。算参数，因而具有广泛的适用性。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断

135、管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物为检验所开发软件的可用性，为检验所开发软件的可用性，采用该软件对精密排种器进行了设采用该软件对精密排种器进行了设计和分析计和分析. . 2. 软件的应用研究软件的应用研究图图84 组合内窝孔精密排种器组合内窝孔精密排种器的的CAD模型模型(主视图主视图)图图85 组合内窝孔精密排种器组合内窝孔精密排种器的离散元法分析模型的离散元法分析模型内护种板内护种板轮毂轮毂进种口进种口投种口投种口排种器外壳排种器外壳排种轮排种轮内窝定量孔内窝定量孔充填孔充填孔XY采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管

136、材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图86 改变排种轮直径时组合内窝孔精密排种器的工作过程仿真改变排种轮直径时组合内窝孔精密排种器的工作过程仿真(a) 直径为直径为158 mm时时(b) 直径为直径为218 mm时时基于基于DEM的仿真的仿真采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图87 改变充填孔直径时组合内窝孔精密排种器的工作过程仿真改变充填孔直径时组合内窝孔精密排种器的工作过程仿真14 mm24mm(b) 直径为直径为24 mm时时(a) 直直径径为为14 mm时时采用

137、PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图88 改变散粒物料几何模型时组合内窝孔精密排种器的工作过程仿真改变散粒物料几何模型时组合内窝孔精密排种器的工作过程仿真(a) 圆颗粒圆颗粒(b) 椭圆颗粒椭圆颗粒(c) 多边形颗粒多边形颗粒采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物w(b)椭圆形颗粒模型的测试图椭圆形颗粒模型的测试图(a)圆角矩形颗粒模型的测试图圆角矩形颗粒模型的测试图w图图89 改变散粒物料几何模型时组

138、合内窝孔精密排种器的工作过程仿真改变散粒物料几何模型时组合内窝孔精密排种器的工作过程仿真采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图90 改变排种轮角速度改变排种轮角速度时组合内窝孔精密排种器的工作过程仿真时组合内窝孔精密排种器的工作过程仿真(a) = rad/s时时(b) = -3/ 2 rad/s时时采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图91 改变改变CAD模型时排种器的工作过程仿真模型时排种器的工

139、作过程仿真(b) 另一种型孔轮式排种器的工作过程仿真另一种型孔轮式排种器的工作过程仿真(a) 一种型孔轮式排种器的工作过程仿真一种型孔轮式排种器的工作过程仿真采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图92 改变改变CAD模型和接触力学模型后一种推土板的工作过程仿真模型和接触力学模型后一种推土板的工作过程仿真图图93 改变改变CAD模型和接触力学模型后一种推土铲的工作过程仿真模型和接触力学模型后一种推土铲的工作过程仿真采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪

140、边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图94 改变改变CAD模型和接触力学模型后肥箱的排肥过程过程仿真模型和接触力学模型后肥箱的排肥过程过程仿真(a) 一种肥箱一种肥箱(b) 另另一种肥箱一种肥箱采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图95 改变改变CAD模型后一种排模型后一种排肥器过程过程仿真肥器过程过程仿真图图96 改变改变CAD模型后一种开模型后一种开沟器过程过程仿真沟器过程过程仿真采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以

141、保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图98 组合内窝孔精密排种组合内窝孔精密排种器内种子运动试验器内种子运动试验图图97 组合内窝孔精密排种组合内窝孔精密排种器内种子运动仿真器内种子运动仿真采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图99 组合运动边界的分析计算组合运动边界的分析计算图图100 由由CAD模型得到的播种机整模型得到的播种机整机工作过程的二维仿真分析机工作过程的二维仿真分析采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的

142、圆度，保持熔接部位干净无污物图图107 颗粒流量分析颗粒流量分析图图101单粒种子跟踪显示单粒种子跟踪显示图图102单颗粒受力变化曲线单颗粒受力变化曲线图图103单颗粒速度变化曲线单颗粒速度变化曲线图图106机械部件工机械部件工作阻力变化曲线作阻力变化曲线图图104颗粒作颗粒作用力场显示用力场显示图图105 颗颗粒粒运运动速度场显示动速度场显示采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物(a) 颗粒跌落碰撞过程实验颗粒跌落碰撞过程实验(b) 颗粒跌落碰撞过程二维仿真颗粒跌落碰撞过程二维仿真(d) 一种大

143、豆种子跌落碰撞过程一种大豆种子跌落碰撞过程仿真与实验对比仿真与实验对比(e) 另一种大豆种子跌落碰撞过程另一种大豆种子跌落碰撞过程仿真与实验对比仿真与实验对比(c) 颗粒跌落碰撞过程三维仿真颗粒跌落碰撞过程三维仿真图图108 大豆种子跌落碰撞过程的仿真与试验结果比较大豆种子跌落碰撞过程的仿真与试验结果比较采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图109 弧度弧度/秒时秒时排种器的仿真结果排种器的仿真结果图图110 弧度弧度/秒时排秒时排种器的试验结果种器的试验结果图图112 排种轮角速度对清种终

144、止排种轮角速度对清种终止角影响的仿真与试验结果对比角影响的仿真与试验结果对比图图111 排种轮角速度对清种开始排种轮角速度对清种开始角影响的仿真与试验结果对比角影响的仿真与试验结果对比采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图113 芯铧开沟器工作过程仿真芯铧开沟器工作过程仿真图图114 芯铧开沟器工作过程试验芯铧开沟器工作过程试验图图115 开沟深度不同时开沟深度不同时开沟器作用力的仿真开沟器作用力的仿真结果与试验结果对比结果与试验结果对比图图116 工作速度不同时工作速度不同时开沟器作用力的仿真

145、开沟器作用力的仿真结果与试验结果对比结果与试验结果对比图图117 土壤含水率不同时土壤含水率不同时开沟器作用力的仿真结开沟器作用力的仿真结果与试验结果对比果与试验结果对比采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图118 施肥开沟器工作过程仿真施肥开沟器工作过程仿真图图119 施肥开沟器工作过程试验施肥开沟器工作过程试验图图120 开沟深度不同时开沟器作开沟深度不同时开沟器作用力的仿真结果与试验结果对比用力的仿真结果与试验结果对比图图121 工作速度不同时开沟器作工作速度不同时开沟器作用力的仿真结果与

146、试验结果对比用力的仿真结果与试验结果对比采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物排种排种轮转轮转速速(r/min)排种性能排种性能仿真仿真值值(粒粒)试验值试验值(粒粒)仿真与仿真与试验试验相相对误对误差差14.0911128.3%26.8220229.1%39.3328306.7%51.96 38417.3%表表1 不同转速下不同转速下2.2s内排出种子颗粒数仿真与试验对比内排出种子颗粒数仿真与试验对比采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证

147、切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物(c) 采用椭球颗粒模型时仿真采用椭球颗粒模型时仿真(d) 排种过程试验排种过程试验(a) 排种器三维排种器三维CAD模型模型(b) 采用球颗粒模型时仿真采用球颗粒模型时仿真图图122 由由CAD模型实现的内窝孔精密排种器播大豆种子的仿真分析与试验对比模型实现的内窝孔精密排种器播大豆种子的仿真分析与试验对比采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图124 改变颗粒模型时内窝孔精密排种器播小麦种子过程仿真分析与试验对比改变颗粒模型时内窝孔精密排种器播小麦种子过程仿真

148、分析与试验对比(a) 采用椭球颗粒模型时仿真采用椭球颗粒模型时仿真(b) 排种过程试验排种过程试验图图123 改变颗粒模型时内窝孔精密排种器播玉米种子过程仿真分析与试验对比改变颗粒模型时内窝孔精密排种器播玉米种子过程仿真分析与试验对比(c) 播种过程试验播种过程试验(b) 采用组合球颗粒模型时仿真采用组合球颗粒模型时仿真(a) 排种器三维排种器三维CAD模型模型采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物(a) 排种器三维排种器三维CAD模型模型(b) 采用球颗粒模型时仿真采用球颗粒模型时仿真图图125

149、改变改变CAD模型实现的型孔轮式精密排种器播大豆种子仿真分析与试验对比模型实现的型孔轮式精密排种器播大豆种子仿真分析与试验对比(d) 排种过程试验排种过程试验(c) 采用椭球颗粒模型时仿真采用椭球颗粒模型时仿真采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图126 改变颗粒模型时型孔轮式精密排种器播玉米种子仿真分析与试验对比改变颗粒模型时型孔轮式精密排种器播玉米种子仿真分析与试验对比(c) 采用组合球颗粒模型时三维仿真采用组合球颗粒模型时三维仿真(d) 排种过程试验排种过程试验(b)采用多边形颗粒模型时二

150、维仿真采用多边形颗粒模型时二维仿真(a) 二维二维CAD模型主视图模型主视图采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图127 由由CAD模型实现的窝眼轮式排种器播大豆种子过程仿真分析与试验对比模型实现的窝眼轮式排种器播大豆种子过程仿真分析与试验对比(a) 排种器三维排种器三维CAD模型模型(b) 采用球颗粒模型时仿真采用球颗粒模型时仿真(c) 采用椭球颗粒模型时仿真采用椭球颗粒模型时仿真(d) 排种过程试验排种过程试验采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边

151、剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物(b)采用多边形颗粒模型时二维仿真采用多边形颗粒模型时二维仿真(a) 三维三维CAD模型主视图模型主视图图图128 改变颗粒模型时窝眼轮式排种器播玉米种子过程仿真分析与试验对比改变颗粒模型时窝眼轮式排种器播玉米种子过程仿真分析与试验对比(c) 采用组合球颗粒模型时三维仿真采用组合球颗粒模型时三维仿真(d) 排种过程试验排种过程试验采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图129 由由CAD模型实现的槽轮式排种器播种小麦种子过程仿真分析模型实现的槽轮

152、式排种器播种小麦种子过程仿真分析(d) 采用椭球颗粒模型时三维仿真采用椭球颗粒模型时三维仿真(c) 排种器三维排种器三维CAD模型模型(b)采用椭球颗粒模型时二维仿真采用椭球颗粒模型时二维仿真(a) 二维二维CAD模型主视图模型主视图采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图130 由由CAD模型实现的外槽轮式排肥器工作过程仿真分析模型实现的外槽轮式排肥器工作过程仿真分析(b) 球颗粒模型时仿真球颗粒模型时仿真(a) 排肥器三维排肥器三维CAD模型模型(c) 边界实体模型显示边界实体模型显示(d)

153、排肥器试验排肥器试验(a) 开沟器三维开沟器三维CAD模型模型(b) 球颗粒模型三维仿真球颗粒模型三维仿真图图131 由由CAD模型实现的一种施肥开沟器工作过程仿真分析模型实现的一种施肥开沟器工作过程仿真分析(c) 开沟过程试验开沟过程试验采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物(a) 开沟器三维开沟器三维CAD模型模型(b) 球颗粒模型三维仿真球颗粒模型三维仿真图图133 由由CAD模型实现的一种芯铧开沟器工作过程仿真分析模型实现的一种芯铧开沟器工作过程仿真分析(a) 开沟器三维开沟器三维CAD模型

154、模型(b) 球颗粒模型三维仿真球颗粒模型三维仿真图图132 由由CAD模型实现的一种船铲开沟器工作过程仿真分析模型实现的一种船铲开沟器工作过程仿真分析(c) 开沟过程试验开沟过程试验采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物型孔轮式排种器排种性能仿真分析与试验对比型孔轮式排种器排种性能仿真分析与试验对比性能参数性能参数排种排种轮转轮转速速( (r/min) )13.9920.3326.6733.01单单粒率粒率( (%) )台架台架试验试验98.3794.5786.7582.15球型仿真球型仿真97.1

155、194.5392.6089.45相相对误对误差差1.260.045.857.30空穴率空穴率( (%) )台架台架试验试验1.365.4313.0017.59球型仿真球型仿真2.895.477.4010.55相相对误对误差差1.530.045.607.04双粒率双粒率( (%) )台架台架试验试验0.2700.250.26球型仿真球型仿真0000相相对误对误差差0.2700.250.26采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图134 槽轮转速变化对排肥量影响的仿真与试验比较槽轮转速变化对排肥量影响

156、的仿真与试验比较(a)(a)槽轮工作长度槽轮工作长度20mm(b)(b)槽轮工作长度槽轮工作长度40mm(c)(c)槽轮工作长度槽轮工作长度60mm图图135 槽轮工作长度变化对排肥量影响的仿真与试验比较槽轮工作长度变化对排肥量影响的仿真与试验比较(a)排肥轴转速排肥轴转速31.24r/min(b)排肥轴转速排肥轴转速40.87r/min(c)排肥轴转速排肥轴转速50.63r/min(d)排肥轴转速排肥轴转速61.22r/min采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图136 弹性边界分析弹性边界分

157、析(b) 变形后变形后(a) 变形前变形前图图137 车轮与松软地面接触作用过程的二维仿真分析车轮与松软地面接触作用过程的二维仿真分析(a) 刚性轮时仿真分析刚性轮时仿真分析载荷载荷载荷载荷力矩力矩刚性轮刚性轮地面地面(b) 弹性轮时仿真分析弹性轮时仿真分析载荷载荷载荷载荷力矩力矩弹性轮弹性轮地面地面采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图138 由由CAD模型实现的螺旋输送机工作过程的仿真分析模型实现的螺旋输送机工作过程的仿真分析(a)(b)图图139 由由CAD模型实现的水平螺旋输送机工作过程

158、的仿真分析模型实现的水平螺旋输送机工作过程的仿真分析(a)(b)采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图140 由由CAD模型实现的斗式提升机工作过程的三维仿真分析模型实现的斗式提升机工作过程的三维仿真分析(a)(b)图图141 由由CAD模型实现的带式输送机工作过程的三维仿真分析模型实现的带式输送机工作过程的三维仿真分析采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物玉米籽粒玉米籽粒图图142 由由CAD模型实

159、现的玉米脱粒过程的二维仿真分析模型实现的玉米脱粒过程的二维仿真分析筛面筛面凹板凹板脱粒滚筒和钉齿脱粒滚筒和钉齿玉米穗玉米穗玉米芯玉米芯基于连接模型的基于连接模型的DEM仿真仿真采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图143 由由CAD模型实现的玉米脱粒过程的二维仿真分析模型实现的玉米脱粒过程的二维仿真分析(a) 一种结构脱粒机的工作过程仿真分析一种结构脱粒机的工作过程仿真分析脱粒滚筒和钉齿脱粒滚筒和钉齿玉米穗玉米穗玉米籽粒玉米籽粒玉米芯玉米芯筛筛面面凹板凹板 (b) 另一种结构的工作过程仿真分析

160、另一种结构的工作过程仿真分析采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物（a）玉米穗生成）玉米穗生成（b）玉米穗开始脱粒）玉米穗开始脱粒（c）脱粒进行中）脱粒进行中图图144 基于离散元法的玉米脱粒过程三维仿真分析截图基于离散元法的玉米脱粒过程三维仿真分析截图采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图146 不同玉米穗投入量与脱净率关系的不同玉米穗投入量与脱净率关系的仿真与试验比较仿真与试验比较图图1

161、45 滚筒转速与脱净率关系的仿真与试验比较滚筒转速与脱净率关系的仿真与试验比较采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图147 不同滚筒转速时轴向分布曲线的仿真结果不同滚筒转速时轴向分布曲线的仿真结果图图148 脱粒的籽粒轴向分布曲线的试验结果脱粒的籽粒轴向分布曲线的试验结果采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图149 由由CAD模型实现的气力输送过程的二维仿真分析模型实现的气力输送过程的二维仿真分析

162、基于基于DEM和和CFD耦合的仿真耦合的仿真采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图150 由由CAD模型和力学模型模型和力学模型(DEM与与CFD耦合耦合)实现的气吹排种器三维仿真实现的气吹排种器三维仿真(a) 排种器三维排种器三维PRO/E模型模型(b) 倾斜吹气口时仿真分析倾斜吹气口时仿真分析(c) 垂直吹气口时仿真分析垂直吹气口时仿真分析(d) 排大豆种子试验排大豆种子试验采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔

163、接部位干净无污物图图151 改变改变CAD模型和颗粒模型实现的气吹排种器三维仿真模型和颗粒模型实现的气吹排种器三维仿真(a) 排种器三维排种器三维UG模型模型(b) 倾斜吹气口时仿真分析倾斜吹气口时仿真分析(c) 垂直吹气口时仿真分析垂直吹气口时仿真分析(d) 排玉米种子试验排玉米种子试验采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图152 单粒种子运动轨迹的仿真与试验对比单粒种子运动轨迹的仿真与试验对比采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切

164、口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图153 基于基于DEM和和MBD耦合的筛分过程仿真分析耦合的筛分过程仿真分析(a) 二维分析二维分析(b) 三维分析三维分析基于基于DEM和和MBD耦合的仿真耦合的仿真采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物图图154 筛下限和筛分效率的仿真与试验对比筛下限和筛分效率的仿真与试验对比采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物在设计阶段通过修改在设计阶段通过修改农机工作部件

165、农机工作部件的的CAD模型，模型，能对不同结构和尺寸的能对不同结构和尺寸的农机工作部件农机工作部件进行性能分析和评价；进行性能分析和评价；由此实现由此实现农机工作部件农机工作部件结构方案和尺寸参数的优化；结构方案和尺寸参数的优化；通通过过农机工作部件农机工作部件的的CAD模型，能进行模型，能进行农机工作部件农机工作部件工作工作过程的动态仿真，过程的动态仿真，由此分析其工作原理、工作过程、结构由此分析其工作原理、工作过程、结构及尺寸参数和运动参数对其性能的影响及尺寸参数和运动参数对其性能的影响；可通过改变颗可通过改变颗粒模型、农机工作部件的粒模型、农机工作部件的CAD模型和力学模型及参数，模型和

166、力学模型及参数，来分析不同种类颗粒材料、不同结构和运动方式农机工作来分析不同种类颗粒材料、不同结构和运动方式农机工作部件的工作过程和工作性能，因而该软件具有广泛的适用部件的工作过程和工作性能，因而该软件具有广泛的适用性。性。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物该该软软件件除除具具上上述述优优点点外外，还还可可利利用用三三维维CAD软软件件，进进一一步步实实现现农农机机工工作作部部件件的的运运动动学学和和动动力力学学分分析析、应应力力应应变变分分析析、外外观观设设计计和和装装配配检检查查，还还可

167、可直直接接输输出出数数控控机机床床加加工工程程序序等等，以以实实现现农农机机工工作作工工作作部部件件的的数数字字化化设设计计与与制制造造或或无无纸纸化化设设计计，显示了光明的应用前景。显示了光明的应用前景。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物我国每年生产粮食近我国每年生产粮食近5亿吨，每年耕亿吨，每年耕翻处理土壤上千亿吨，翻处理土壤上千亿吨，约四分之三的化约四分之三的化工原料和二分之一的化工产品都是散粒工原料和二分之一的化工产品都是散粒物料等等。物料等等。如果能提高如果能提高1%的产出率或降的

168、产出率或降低低1%的能源消耗，其经济效益和社会效的能源消耗，其经济效益和社会效益也是巨大的。益也是巨大的。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物1. 传统设计方法（无意识的优化）传统设计方法（无意识的优化）需求分析需求分析总体方案总体方案详细设计详细设计性能分析性能分析经验类比经验类比设计者设计者设计者设计者经验类比经验类比校核计算校核计算物理样机物理样机试验试验优化优化优化优化优化优化数字化设计方法数字化设计方法采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管

169、材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物基于实例的推理基于实例的推理基于功能分解基于功能分解设计专家系统设计专家系统计算机辅助计算机辅助概念设计概念设计知识库知识库推理机推理机数据库数据库智能智能CAD = CAD+计算机辅助概念设计计算机辅助概念设计 = 设计自动化设计自动化狭义优化狭义优化 = 数学模型数学模型 + 优化理论优化理论 + 计算机程序计算机程序2. 现代设计方法（有意识的优化）现代设计方法（有意识的优化）需求分析需求分析总体方案总体方案详细设计详细设计性能分析性能分析概念设计概念设计计算机计算机优化优化优化设计优化设计计算机计算机优化优化物理样机

170、物理样机试验试验优化优化采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物3. 数字化设计方法数字化设计方法( (虚拟试验虚拟试验) ) 需求分析需求分析总体方案总体方案详细设计详细设计实体模型实体模型结构和尺寸参数优化结构和尺寸参数优化无纸化设计无纸化设计物理物理仿真仿真外观设计外观设计装配设计装配设计输出数控输出数控加工程序加工程序有限元法分析有限元法分析FEM Ansys多刚体动力学分析多刚体动力学分析MBD Adams计算流体力学分析计算流体力学分析CFD Fluent颗粒动力学分析颗粒动力

171、学分析DEM EDEM PFC计算机计算机物理仿真物理仿真计算机实验计算机实验数字仿真数字仿真数学仿真数学仿真计算机计算机计算机计算机优化优化优化优化优化优化3D模型模型物理仿真物理仿真物理仿真物理仿真采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物飞行阻力和升力分析飞行阻力和升力分析(CFD)肥料撒施过程分析肥料撒施过程分析(DEM)车身的有限元分析车身的有限元分析(FEM)虚拟样机技术虚拟样机技术(MBD)采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物谢谢谢谢!

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