农业工程学报

作者：陈林涛,王敏娜,孙璐,蓝莹,牟向伟,马旭,王俊,

关键词：农业机械, 离散元法, 稻种, 精确缩尺, 粗粒化

基金：42

针对工程尺度大规模颗粒系统离散元（discrete element method,DEM）仿真效率低以及基于粗粒化理论的离散元仿真方法适用性有限等问题，该研究提出了一种基于精确缩尺与粗粒化的大规模稻种颗粒系统的离散元仿真方法，旨在提高大规模颗粒系统离散元仿真效率。首先，基于量纲分析推导精确缩尺系统的物理量缩放定律，利用代表性体积单元（representative volume element，RVE）在粗粒化系统与原始系统模型之间建立质量与动量的近似守恒关系，获得宏观与细观尺度下相应物理量的缩放关系。然后，为验证本文方法的正确性，以杂交稻台香812稻种为研究对象，以休止角为试验指标，将本文方法应用于稻种内部坍塌卸料堆积、侧壁坍塌及无底圆筒堆积仿真以获取仿真休止角，设置7组稻种粒径缩放系数（1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0），对应的稻种颗粒粒径范围为2.76～11.04 mm，并将仿真结果与真实试验对比。最后，通过与变比例广义粗粒化方法比较，验证本文方法在大规模颗粒系统离散元仿真计算时间优势。结果表明，随着稻种粒径缩放系数的增大，3种堆积仿真中休止角整体呈现减小趋势，休止角相对误差整体呈现增大趋势，但计算时间减少。当缩放系数为1.0时，本方法与变比例广义粗粒化方法的计算时间分别为11.67、35.00 h，计算时间明显减少；当缩放系数为2.0～4.0时，本方法仿真计算时间也明显低于变比例广义粗粒化方法。研究结果为大规模颗粒系统的离散元仿真提供了理论依据。/

来源：2026年第4期

《农业工程学报》期刊编辑部

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