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申请/专利权人：吉林大学

摘要：本发明公开了一种玉米秸秆的建模方法，其属于植物建模分析技术领域，具体包括以下步骤：确定玉米秸秆模型中组合球颗粒的排列方式；分析玉米秸秆的形态表征参数间的相关关系，确定主次尺寸，建立函数关系式，计算玉米秸秆模型几何参数；通过玉米秸秆模型几何参数计算得到各组成单元的组合球颗粒坐标；根据组合球颗粒的排列方式以及各组成单元的组合球颗粒坐标，在玉米秸秆形态轮廓内依次填充各组成单元的组合球颗粒，得到玉米秸秆几何模型；获取玉米秸秆各组成单元的力学参数，将各组成单元的力学参数添加至力学模型中，并结合玉米秸秆几何模型，构建玉米秸秆离散元模型。本发明采用组合球填充方法构建玉米秸秆离散元模型，缩短了仿真模拟时间，提高了仿真效率，可用于玉米秸秆收获、还田等过程的仿真分析中。

主权项：1.一种玉米秸秆的建模方法，其特征在于，包括以下步骤：根据玉米秸秆的结构组成，确定各组成单元的组合球颗粒；基于组成单元力学行为差异确定玉米秸秆模型中组合球颗粒的排列方式；获取若干待建模玉米秸秆品种试样的形态表征参数，并分析玉米秸秆的形态表征参数间的相关关系，确定主次尺寸，建立函数关系式；根据所述形态表征参数和所述函数关系式，计算玉米秸秆模型几何参数；通过所述玉米秸秆模型几何参数计算得到各组成单元的组合球颗粒坐标；根据组合球颗粒的排列方式以及各组成单元的组合球颗粒坐标，在玉米秸秆形态轮廓内依次填充各组成单元的组合球颗粒，得到玉米秸秆几何模型；获取玉米秸秆各组成单元的力学参数，将各组成单元的力学参数添加至力学模型中，并结合所述玉米秸秆几何模型，构建玉米秸秆离散元模型；所述组合球颗粒包括内穰组合球颗粒、外皮组合球颗粒和茎节组合球颗粒；玉米秸秆模型中组合球颗粒采用轴向各层对齐的排列方式，以保证各组成单元内部及各组成单元之间形成整齐稳定粘接键，茎节模型轴向定义为3层；玉米秸秆外皮作为主要抵抗破坏的组成单元，为表征其抗拉不抗剪的力学特性，外皮模型采用两种尺寸一致的球颗粒在径向上交错排列，通过在轴向相邻球颗粒间与径向相邻球颗粒间设置不同参数，还原外皮力学行为；玉米秸秆模型组合球颗粒在径向上，茎节和外皮模型均定义为1圈，内穰模型定义为2圈及中心球颗粒，并定义内穰模型最外圈为第一圈；所述形态表征参数包括节长度、节间直径、茎节直径和外皮厚度；定义节长度为主尺寸，所述节间直径、茎节直径、外皮厚度与节长度的函数关系式分别为： ； ； ；式中，L表示节长度，D表示节间直径，D0表示茎节直径，T表示外皮厚度；所述玉米秸秆模型几何参数包括各组成单元的组合球颗粒半径、各组成单元轴向组合球颗粒层数、各组成单元径向组合球颗粒数量、各组成单元径向每个球颗粒区域的截面角度；所述各组成单元的组合球颗粒半径的计算公式为： ； ； ；式中，表示内穰组合球颗粒半径，表示外皮组合球颗粒半径，表示茎节组合球颗粒半径；所述各组成单元轴向组合球颗粒层数的计算公式为： ；式中，表示各组成单元轴向组合球颗粒层数，表示组合球颗粒半径，p表示组成单元，p为rang时表示内穰，p为ring时表示外皮，p为jie时表示茎节；所述各组成单元径向组合球颗粒数量的计算公式为： ； ； ；式中，表示内穰模型径向各圈组合球颗粒数量；i=1，3；为内穰模型第一圈，为内穰模型第二圈，表示外皮模型径向组合球颗粒数量，表示茎节模型径向组合球颗粒数量；所述各组成单元径向每个球颗粒区域的截面角度计算公式为： ；式中，表示各组成单元径向每个球颗粒区域的截面角度，p表示组成单元，p为rangi时表示内穰，p为ring时表示外皮，p为jie时表示茎节。

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