[发明专利]一种基于离散元的软体蛆料参数获取方法

权利要求书

1.一种基于离散元的软体蛆料参数获取方法，其特征在于：包括材料物性参数获得和颗粒模型建立两个部分。

2.根据权利要求1所述的一种基于离散元的软体蛆料参数获取方法，其特征在于：材料物性参数即材料本征参数、材料基本接触参数和接触模型参数；材料本征参数包括泊松比、剪切模量和密度；材料接触参数包括碰撞恢复系数、滚动摩擦系数和静摩擦系数；接触模型参数是模型化的；其中颗粒模型选择软球模型。

3.根据权利要求2所述的一种基于离散元的软体蛆料参数获取方法，其特征在于：

其中材料物性参数获得，包括以下几个步骤：

步骤A）材料本征参数包括泊松比、剪切模量和密度，首先设定好试验环境条件，即将试验环境的条件设定为室内温度20℃-30℃，湿度为50%-60%之间；

泊松比获得：针对软体蝇蛆特殊试验对象，采用数字图像法，通过非接触式测试方法并且结合数字图像散斑法，实时监测，测得泊松比的精确数值；

剪切模量获得：首先建立针对软体蝇蛆的模拟组织模型，根据剪切波成像法获得蝇蛆的剪切波图像，使用超声探头追踪蝇蛆的生物组织中传播的剪切波，再通过声辐射力脉冲成像技术生成蝇蛆组织的剪切波，并通过超声探头捕获剪切波图像的时间序列，最后利用建立的剪切波传播的计算并通过计算机输出蝇蛆的剪切模量；

密度获得：将蝇蛆和培养基颗粒模拟看作球体，先整体称重，测得蛆料混合物总质量M，手动挑选出蝇蛆颗粒，再称重，测得蝇蛆总质量m，蝇蛆数量为n，则培养基颗粒的总质量为（M-m），设定好高速图像采集系统设定好拍摄速度为800～1000帧/s，将挑选出来蝇蛆测出尺寸，按照正态分布，求得蝇蛆体积半径的平均值R，则可以根据密度公式求得 ；将培养基颗粒近似也看作球体模型，设定好相机的倍数，拍摄培养基颗粒的照片，再根据相机的放大倍数，计算出培养基颗粒的半径数值，根据正态分布，求得培养基颗粒的半径平均值r,同样计算得到培养基颗粒的密度；

步骤B）材料基本接触参数包括碰撞恢复系数和滚动摩擦系数和静摩擦系数；

碰撞恢复系数获得：首先利用质构仪测得蝇蛆和培养基颗粒在破裂前的极限作用力大小，再利用自由落体碰撞试验，配合高速图像采集系统，设定好高速图像采集系统的拍摄速度为800～1200帧/秒，根据物体自由落体运动的计算公式以及恢复系数的定义公式，计算出蝇蛆和培养基颗粒的碰撞恢复系数的数值大小；

滚动摩擦系数获得：将蝇蛆以及培养基颗粒用立方体容器装好，并对蝇蛆进行降温处理，将温度控制在5℃～10℃范围内，此时蝇蛆的活动能力小而且运动迟缓，迅速将形成砌块的蝇蛆以及培养基颗粒放置在光滑钢板一侧中心靠边缘处，缓缓抬起放置蝇蛆和培养基颗粒砌块的那一侧光滑钢板，直至砌块缓缓有向下滑动的趋势，用高速摄像记录试验过程，并且记录下具有滑动趋势的瞬间，利用测量的方法记录下光滑钢板与水平面的角度，则蝇蛆的滚动摩擦系数为；同理利用将光滑钢板水平放置在地面上，将培养基颗粒用固定容器固定成为砌块后放置在光滑钢板一侧中心靠边缘处，缓缓抬起放置培养基可以砌块的那一侧光滑钢板，直至砌块缓缓有向下滑动的趋势，用高速摄像记录试验过程，并且记录下具有滑动趋势的瞬间，利用测量的方法记录下光滑钢板与水平面的角度，则摩擦系数为则培养基的滚动摩擦系数；

静摩擦系数获得：将试验得到的蝇蛆和培养基颗粒的滚动摩擦系数测得的数值乘以运动系数，将此时得到的数值分别记为蝇蛆和培养基颗粒的静摩擦系数；

步骤C）接触模型参数获得：

一种基于离散元法的蛆料模型仿真分析方法，其中颗粒模型建立；包括以下步骤：

颗粒模型建立：设定蝇蛆和培养基颗粒为软球模型，并将其碰撞模型设定为弹簧阻尼振子系统，设定其弹簧系数k，阻尼系数c等参数数值；

利用离散元法将蝇蛆和培养基颗粒作为若干个离散单元的球体，设定的软球接触模型，再根据软球模型力的计算公式求得接触模型间的法向力和切向力，蝇蛆和培养基颗粒与筛网之间的合力和合力矩，再求得蝇蛆和培养基颗粒的加速度，再利用数学知识，积分求得蝇蛆和培养基颗粒的速度以及位移数值，通过求解得到蝇蛆和培养基颗粒之间的相关参数数值；

随机取同一批次同一孵化龄的蝇蛆1600头，取16个洁净培养皿，在每个培养皿中平均放置100头蝇蛆，取三个容器，加入适量清水，将每个培养皿中的蝇蛆放入容器中清洗三次，最后用纸巾吸干蝇蛆表面的水分；然后打开电子分析天平的电源，进行归零校准，再将洁净干燥的培养皿放置在电子天平上进行称重去皮，取出该培养皿，将吸干水分的100头蝇蛆轻轻放置在培养皿中，再将培养皿放置到电子天平上，待显示的数据稳定不变后，记录下此时的100头蝇蛆的质量，其余15份也重复上述的试验步骤，记录15份蝇蛆的质量；任意取出一份培养皿中的100头蝇蛆待测，打开晶波HH-S2数显恒温水浴锅的电源，设定加热温度为80℃，水浴锅显示的温度达到80℃时，再等待片刻，等显示的80℃数据稳定不变，将随机取出的100头蝇蛆放置在洁净容器中，把容器放置在水浴锅中，过几分钟，待容器中的100头蝇蛆全部死亡，迅速取出容器，轻轻晃动容器，使得容器中的蝇蛆不粘在一起，打开计算机上的Scopephoto图像测量处理软件，同时打开体视显微镜电源，将标定板选择为黑色标定板，取出1头已经死亡的蝇蛆，将其放置在洁净的培养皿中，尽量摆放平整，调节体视显微镜的放大倍数，直至蝇蛆在Scopephoto软件中清晰可见，再通过软件的测量工具测出需要的蝇蛆尺寸，根据试验测定的数据，按照正态分布特性，设定好不同蝇蛆和培养基颗粒尺寸的数量，将建立的蝇蛆和培养基颗粒三维模型导入EDEM软件分析即可。