近日，西北农林科技大学机械与电子工程学院朱新华教授在农作物秸秆块离散元建模研究方面取得新进展。研究成果“Discrete element modelling and simulation parameters calibration for the compacted straw cube”发表于中科院一区Top期刊Biosystems Engineering。论文第一单位为西北农林科技大学机械与电子工程学院，硕士研究生张志毅为论文第一作者，朱新华教授为论文通讯作者。
农作物秸秆是一种可再生、产量大的生物质资源。合理管理和利用农作物秸秆有利于促进碳达峰、碳中和目标的实现。在收储过程中，农作物秸秆通常被压缩成捆，以减少体积和降低运输成本。然而在利用和转化终端，秸秆解捆和破碎是必不可少的机械操作。秸秆捆是这些机械操作的对象。秸秆块（compacted straw cube，CSC）是方形秸秆捆的结构单元，方形秸秆捆可看成若干个CSC在捆绳约束下的有序组合体。作为研究方形秸秆捆力学的基础，如何构建融合柔性秸秆间弹性、塑性、粘性力学特征的CSC离散元模型并标定仿真参数依旧是一个挑战。
本研究在柔性小麦秸秆（秸秆茎）模型基础上，首次提出CSC离散元建模与参数标定方法。在EDEM软件中，给出了基于单轴压缩试验的CSC建模步骤。秸秆之间以Edinburgh elasto-plastic adhesion (EEPA)为接触模型，以CSC压缩应力σ10为响应值。通过Plackett-Burman design试验、最陡爬坡试验、Box-Behnken design试验确定了CSC模型的离散元参数。验证试验表明，120 mm厚度CSC的仿真与物理压缩应力σ10相对误差为1.04%。180和240 mm厚度的CSC的相对误差分别为3.89%和2.6%，验证了模型与参数具有通用性。本研究提出的方法为CSC-机械部件之间的微观力学机制分析提供了新视角，有助于秸秆管理与利用装备的研发。
图1 论文摘要图
研究工作得到了陕西省农业协同创新与推广联盟重大科技项目和陕西省重点研发计划项目的资助。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2023.04.019