枳壳种子离散元模型的构建及参数标定

来源：中国农机化学报杂志2026年第3期北京时间：

作者：张博昱, 武新慧, 郑书河

单位：1. 福建农林大学机电工程学院，福州市，350002； 2. 现代农业装备福建省高校工程研究中心（福建农林大学），福州市，350002

摘要：提出适用于柑橘砧木育苗的枳壳种子离散元模型构建方法，并系统标定相关离散元参数。针对枳壳种子外形不规则的特点，按形态特征将其划分为椭球形、扁圆形和纤瘦形三类。随机选取2000粒种子样本，测定其三轴尺寸及形状组成比例；通过堆积角试验与轴向压缩试验获取种子的堆积角与剪切模量。以典型种子外轮廓三维面片模型为几何约束，采用球状颗粒填充算法，构建三类表征真实立体形态的种子颗粒模型。基于“Hertz-Mindlin with JKR”接触模型，建立模拟种子群体堆积与筛分过程的离散元模型。以种子间及种子—钢板接触参数（如恢复系数、摩擦系数）和JKR表面能为因素，圆筒提升法实测堆积角为响应目标，通过Plackett—Burman试验、最陡爬坡试验和Box—Behnken试验，构建堆积角与关键参数的二阶回归模型。以试验堆积角为目标值，优化求解最优参数组合，并进行筛分验证试验。PB与Box—Behnken试验表明，枳壳种子—不锈钢碰撞恢复系数、滚动摩擦系数及JKR表面能是影响堆积角的主因。优化得参数最优值分别为0.39、0.28和0.90 J/m2。仿真堆积角与物理试验相对误差为2.96%，堆积形态高度相似；仿真透筛率与实际试验相对误差为5.49%，验证参数准确性。所建模型及参数能准确模拟种子的堆积、流动与分离行为，为分析种子—播种装置相互作用及设计高效精准播种器提供理论依据。

关键词：堆积角,离散元,参数标定,柑橘,播种器

基金资助：福建省自然科学基金项目（2024J01420）