[发明专利]一种可破碎谷物颗粒离散元仿真模型构建方法

说明书

本发明公开了一种可破碎谷物颗粒离散元仿真模型构建方法，所述方法包括如下步骤:步骤1、测量谷物颗粒的三维特征尺寸；步骤2、利用计算机生成谷物颗粒三维模型；步骤3、通过离散元软件初步建立谷物颗粒离散元仿真模型；步骤4、在步骤3所得离散元仿真模型中引入虚拟圆柱体粘结键；步骤5、以常规物理力学试验所得的力和变形曲线为目标，反复调整离散元仿真模型的细观参数，使得利用仿真模型计算和实际测量所得到的力与变形曲线相吻合，从而建立可破碎谷物颗粒离散元仿真模型，该方法同时考虑谷物颗粒具有可破碎及粘弹性力学属性的特点，使其离散元仿真模型更加与实际谷物颗粒接近，可以广泛用于粮食加工过程中谷物颗粒破碎机理研究。

技术领域

本发明涉及谷物加工过程数值仿真技术领域，具体涉及一种可破碎谷物颗粒离散元仿真模型构建方法。

背景技术

谷物加工过程广泛存在谷物颗粒间及谷物颗粒与加工设备间的相互作用，如挤压、剪切、冲击等。然而，在相互作用过程中，谷物颗粒会因所受外部载荷超过其自身极限强度而出现破碎。就玉米碴制取、小麦粉制取等谷物加工而言，谷物颗粒破碎将有助于改善其食用口感，提高人体对其营养成分的吸收能力，最大限度地发挥谷物中功能成分的功效，提高谷物附加值。相反，针对稻谷碾米、高粱米制取等谷物加工而言，谷物颗粒破碎将导致其食用品质及经济价值均降低。显然，无论谷物颗粒的破碎被期待与否，但从细观尺度明晰其破碎机理，一方面是从根本上解决谷物破碎问题的有效途径，另一方面是实现按需掌控谷物增碎的有效方法。

近些年来随着计算机和数值模拟的不断发展，虚拟仿真技术在谷物加工领域得到了较为广泛地应用。然而，传统虚拟仿真试验通常是将谷物颗粒作为均质各向同性的纯弹性体来考虑，且仅模拟其在相应加工过程中的动态运动行为，但未能重现普遍具有粘弹性力学属性的谷物颗粒的破碎现象，导致虚拟仿真试验与实际谷物加工试验存在一定偏差。

本发明专利提供了一种谷物颗粒离散元仿真模型建立的新方法，在显著减少试验工作量及成本，大大地缩短研究周期的基础上，可真实地模拟谷物颗粒破碎，方便地分析其在加工过程中的破碎机理，为谷物加工设备的设计与试验提供高效的途径和方法。就己经掌握的文献及专利资料来看，从考虑粘弹性力学属性的角度对可破碎谷物颗粒离散元仿真模型的建立尚未见报道。

发明内容

发明目的，本发明提供一种可破碎谷物颗粒离散元仿真模型构建方法，突破了谷物加工过程离散元模拟中虚拟谷物颗粒模型不可破碎的难点，该方法同时考虑了真实谷物颗粒所具有的粘弹性力学属性，使其建模得到的谷物颗粒更加与实际谷物颗粒接近。

本发明采用的技术方案是：一种可破碎谷物颗粒离散元仿真模型构建方法，其特征在于建模步骤如下:

步骤1、基于对实际谷物颗粒特征尺寸的测量，获取近似谷物颗粒的几何体初始尺寸；

步骤2、基于步骤1获取的所述谷物颗粒初始尺寸，在CAD设计软件中生成近似谷物颗粒几何体的三维模型；

步骤3、基于步骤2获取的所述谷物颗粒三维模型，在离散元软件中利用基本粒子对三维模型进行填充，建立谷物颗粒的初始离散元仿真模型；

步骤4、基于步骤3获取的所述谷物颗粒初始仿真模型，在其中引入虚拟圆柱体粘结键，构建初始可破碎谷物颗粒离散元仿真模型；

步骤5、以常规物理力学试验测量谷物颗粒所得到的力和变形曲线为目标，调整基于步骤4获取的所述初始可破碎谷物颗粒离散元仿真模型的细观参数，使得利用离散元仿真模型计算得到的力和变形曲线与实际测量得到的力和变形曲线相吻合，从而得到可破碎谷物颗粒离散元仿真模型。

与现有技术相比，本发明的有益效果是:

本发明相较于传统的谷物颗粒离散元建模方法，通过虚拟圆柱体粘结键构建的近似谷物颗粒的聚合体，使所建立的谷物颗粒离散元仿真模型可满足粮食加工过程中谷物颗粒破碎机理研究的需要。