基于离散元仿真的颗粒虾饲料参数标定与试验

来源：农业机械学报杂志2025年第12期北京时间：

作者：陈雷雷，沈凯琪，李俊，宛虹翔，曹畅，胡庆松，李志坚

单位：上海海洋大学,上海海洋大学,上海海洋大学,农业农村部对外经济合作中心,农业农村部对外经济合作中心,上海海洋大学,上海海洋大学,

摘要：为系统标定颗粒虾饲料本征参数、颗粒间及颗粒与装备间接触参数，提高颗粒虾饲料下料、输送及机械抛撒等环节离散元仿真优化的性能和精度，以通威柱形沉性颗粒虾饲料为研究对象，通过物理试验和仿真试验相结合的方法进行颗粒虾饲料离散元仿真参数标定。采用高精度数显卡尺、电子秤及压力试验机等仪器，应用物理试验方法测定颗粒虾饲料的密度、泊松比、弹性模量、剪切模量分别为1177.68kg/m3、0.26、114.77MPa、45.58MPa，通过斜面试验和回弹试验测得颗粒虾饲料与304号不锈钢之间静摩擦因数、滚动摩擦因数、恢复系数分别为0.607、0.097、0.35，进行堆积试验得到颗粒虾饲料堆积角平均值和饲料在钢板上面积占比分别为26.93°和13.32%。基于Plackett-Burman试验筛选出对仿真堆积角和面积占比显著影响因素为颗粒虾饲料-颗粒虾饲料静摩擦因数、颗粒虾饲料-颗粒虾饲料滚动摩擦因数和颗粒虾饲料-304号不锈钢静摩擦因数，在此基础上，应用最陡爬坡试验收敛寻优范围，并通过Box-Behnken Design试验拟合显著影响因素与响应值之间的回归方程进行参数优化，得到最优参数组合：颗粒虾饲料-颗粒虾饲料静摩擦因数0.207，颗粒虾饲料-颗粒虾饲料滚动摩擦因数0.150及颗粒虾饲料-304号不锈钢静摩擦因数0.607。用堆积试验和螺旋下料试验进行参数可靠性验证，结果表明：经过双样本t检验，堆积试验仿真结果与物理堆积结果无显著差异，不同转速下仿真试验和物理试验的下料量折线的相关系数为0.997，趋势一致且各转速下下料量相差小于3%，表明了标定的颗粒虾饲料离散元参数的可靠性与正确性。所标定的离散元参数能为颗粒虾饲料运动机理研究和相关装备设计优化离散元仿真提供数据基础和科学依据。

关键词：颗粒虾饲料;离散元法;堆积试验;参数标定

基金资助：上海市科技兴农项目产业技术体系建设专项（沪农科产字（2024）第4号）、国家重点研发计划项目(2019YFD0900401)、上海市水产动物良种创制与绿色养殖协同创新中心项目（2021科技02-12）和上海市科技兴农推广项目（沪农科推字（2018）第3-3号）