基于離散元法的椰糠顆粒建模及仿真參數(shù)標(biāo)定

王剛 王倩 薛忠 郭昌進(jìn) 宋剛 王槊

摘? 要：為確定椰糠在離散元模擬過(guò)程中合理的仿真參數(shù)，本文基于離散元法Hertz-Mindlin（no slip）接觸模型在仿真軟件EDEM 2018中建立椰糠顆粒模型并生成顆粒工廠，通過(guò)測(cè)量比對(duì)物理試驗(yàn)和仿真試驗(yàn)椰糠堆積角的方法對(duì)其仿真參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。首先通過(guò)物理試驗(yàn)測(cè)得椰糠堆積角、堆積密度等本征參數(shù)，利用EDEM 2018內(nèi)嵌GEMM數(shù)據(jù)庫(kù)以及相關(guān)文獻(xiàn)，綜合分析得到椰糠待標(biāo)定因素的高低水平;然后進(jìn)行Plackett-Burman試驗(yàn)設(shè)計(jì)篩選出對(duì)椰糠堆積角影響顯著的因素依次為：椰糠-椰糠靜摩擦系數(shù)、椰糠-椰糠滾動(dòng)摩擦系數(shù)和椰糠剪切模量;再進(jìn)行Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)建立堆積角與3個(gè)顯著性影響因素的回歸模型，運(yùn)用Design expert軟件優(yōu)化功能，以堆積角物理試驗(yàn)45.69°為目標(biāo)，對(duì)回歸方程尋優(yōu)求解，得到顯著性影響因素最佳組合：椰糠剪切模量為1.44 MPa，椰糠-椰糠靜摩擦系數(shù)為1.1 椰糠-椰糠滾動(dòng)摩擦系數(shù)為0.15;最后通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證表明此組合參數(shù)可用于椰糠物料的離散元仿真，能為椰糠輸送、混合等機(jī)械裝備的設(shè)計(jì)研發(fā)提供理論參考。

關(guān)鍵詞：椰糠;離散元;參數(shù)標(biāo)定;堆積角;試驗(yàn)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：S22????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Modeling and Simulation Parameters Calibration of Coconut Coir Particles Based on DEM

WANG Gang1， WANG Qian1， XUE Zhong2， GUO Changjin2， SONG Gang1， WANG Shuo1

1. Tropical Agricultural Machinery Research Institute， Chinese Academy of Tropical Agriculture Sciences， Zhanjiang， Guangdong 524091， China; 2. Key Laboratory of Agricultural Equipment for Tropical Crops， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Zhanjiang， Guangdong 524091， China

Abstract： In order to determine the reasonable simulation parameters of coconut coir in the DEM process， based on the DEM Mindlin （no slip） contact model， a coconut coir model is established in the simulation software EDEM 2018 and the particle factory is generated. The simulation parameters were calibrated by comparing the physical test and virtual test of coconut coir repose angle. Firstly， the intrinsic parameters of coconut coir such as repose angle and bulk density were measured by physical tests， and the level of factors to be calibrated were obtained by comprehensive analysis using the GEMM database embedded in EDEM 2018 and relevant literature. A Plackett–Burman test design was carried out to screen out the factors that have significant influence on the repose angle of coconut coir： static friction coefficient of coconut coir with coconut coir， rolling friction coefficient of coconut coir with coconut coir， shear modulus of coconut coir. Through Box–Behnken experimental design， a regression model of repose angle and three significant influencing factors were established， using the optimization function of design expert software， taking the physical test of stacking angle of 45.69° as the objective， the regression equation was optimized and solved， and the best combination of significant influencing factors were obtained. Coconut coir shear modulus was 1.44 MPa， static friction coefficient of coconut coir with coconut coir was 1.11， and rolling friction coefficient of coconut coir with coconut coir was 0.15. The experimental results showed that the combined parameters could be used in the discrete element simulation of coconut coir materials， and provide theoretical references for the design of coconut coir conveying， mixing and other mechanical equipment.

Keywords： coconut coir; discrete element method; parameters calibration; repose angle; experimental design

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2021.09.036

椰糠是椰子加工過(guò)程中的副產(chǎn)物，是從椰子外殼纖維脫落下來(lái)的一種天然有機(jī)質(zhì)媒介，椰糠因其保溫、保濕、疏松、透氣的優(yōu)良理化性質(zhì)，在設(shè)施農(nóng)業(yè)中正逐步取代草炭成為應(yīng)用最為廣泛的栽培基質(zhì)[1-4]。研究表明，單一依靠椰糠作為栽培基質(zhì)是存在缺陷的，通常需要與其他物料如有機(jī)肥等按照一定比例搭配形成混合基質(zhì)，才能保證栽培基質(zhì)的碳氮比、養(yǎng)分含量、保水通氣性等性狀更適應(yīng)作物生長(zhǎng)[5-6]。

混合機(jī)械設(shè)備是椰糠栽培基質(zhì)機(jī)械化生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備之一，其生產(chǎn)過(guò)程屬于固體混合。因?yàn)楣腆w混合區(qū)別于液體攪拌，不具有擴(kuò)散特性，須施加外力才能強(qiáng)制流動(dòng)，固體顆粒與混合設(shè)備（或其相關(guān)接觸部件）的接觸關(guān)系、顆粒運(yùn)動(dòng)特性以及微觀作用機(jī)理等直接關(guān)系到混合設(shè)備的作業(yè)性能和工作效率，所以不同的固體混合設(shè)備沒(méi)有統(tǒng)一的制造標(biāo)準(zhǔn)，往往根據(jù)不同的功能和使用要求單獨(dú)設(shè)計(jì)，而設(shè)計(jì)專用設(shè)備，就要充分了解物料特性[7-8]。

目前，實(shí)際應(yīng)用的椰糠混合基質(zhì)生產(chǎn)設(shè)備大多為直接套用市面普通的飼料混合設(shè)備或粉粒體混合設(shè)備，生產(chǎn)過(guò)程中存在混合不均勻或功率不符等問(wèn)題。現(xiàn)階段仍缺乏對(duì)椰糠基質(zhì)混合過(guò)程及混合性能的系統(tǒng)研究，對(duì)椰糠混合基質(zhì)的研究也主要集中在基質(zhì)不同配比對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)特性的影響規(guī)律等方面，椰糠作為一種典型散體物料，科研院所對(duì)其開(kāi)展物料離散元特性方面的研究較少，而近年來(lái)，針對(duì)土壤、顆粒肥料、農(nóng)業(yè)物料等離散性物料特性方面的研究相對(duì)較多，并廣泛運(yùn)用了離散元法（discrete element method，簡(jiǎn)稱DEM）進(jìn)行分析，可對(duì)椰糠物料離散元特性的分析提供重要的借鑒與參考。在土壤方面，邢潔潔等[9]通過(guò)試驗(yàn)并利用離散元建模仿真確定磚紅壤顆粒特性最佳組合，為研發(fā)適用于海南熱區(qū)磚紅壤地高性能耕作裝備關(guān)鍵觸土部件的設(shè)計(jì)優(yōu)化提供支撐;Ucgul等[10]利用離散元軟件中Hertze- Mindlin及Hysteretic Spring接觸模型，研究分析了有黏結(jié)力和無(wú)黏結(jié)力的情況下土壤顆粒的塑性形變等問(wèn)題。在顆粒肥料方面，羅帥等[11]使用離散元參數(shù)標(biāo)定方法篩選蚯蚓糞基質(zhì)顆粒參數(shù)，為研究蚯蚓堆肥處理及蚓糞利用相關(guān)設(shè)備奠定基礎(chǔ);Bangura等[12]采用離散元法對(duì)肥料進(jìn)行建模通過(guò)分析排肥過(guò)程比較了螺旋槽輪和直槽輪的排肥速度與排肥均勻性。在農(nóng)業(yè)物料方面，鄭智旗[13]運(yùn)用離散元分析粉碎后的玉米秸稈在輸送裝置內(nèi)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，通過(guò)改變拋送板葉片傾角、旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速和喂入量等模擬研究參數(shù)改變對(duì)輸送性能的影響;Ghodki等[14]建立了大豆離散元模型，通過(guò)與大豆形狀、靜止角等特征進(jìn)行比較，獲得了該模型的接觸參數(shù)。因此，本文在對(duì)國(guó)內(nèi)外散體物料離散元參數(shù)標(biāo)定方法運(yùn)用進(jìn)行總結(jié)的基礎(chǔ)上，針對(duì)椰糠物料具體實(shí)際，采用物理試驗(yàn)和建模仿真相結(jié)合的手段，基于離散元法分析確定椰糠的顆粒物料特性參數(shù)，為后續(xù)設(shè)計(jì)高效的椰糠栽培基質(zhì)混合專用設(shè)備、優(yōu)化混合結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部件和混合工藝參數(shù)、提高椰糠栽培基質(zhì)生產(chǎn)效率與產(chǎn)品品質(zhì)提供理論依據(jù)。

1? 材料與方法

1.1? 仿真原理及模型選取

椰糠離散元模擬中需要的物料特性參數(shù)主要分為三類：一是材料本征參數(shù)，包括顆粒大小、堆積密度、剪切模量和泊松比等，這是椰糠自身的特性參數(shù)，和外界無(wú)關(guān);二是材料接觸參數(shù)，包括碰撞恢復(fù)系數(shù)、靜摩擦系數(shù)和滾動(dòng)摩擦系數(shù)，這是椰糠顆粒相互接觸才會(huì)發(fā)生作用的參數(shù)，與接觸雙方都有關(guān)系;三是接觸模型參數(shù)，跟接觸模型選取有關(guān)，它描述椰糠顆粒之間接觸時(shí)顆粒的行為，一些特殊的接觸模型需要特殊的模型參數(shù)[15-17]。本文選取“Hertz-Mindlin （no slip）”顆粒接觸模型，該模型在力的計(jì)算方面高效準(zhǔn)確[18-19]，其基本原理如圖1所示。顆粒之間作用力包括法向彈性力 、法向阻尼力 、切向彈性力 、切向阻尼力 、滾動(dòng)摩擦力 。

（1）

其中

（2）

（3）

式中： 為等效彈性模量， 為法向重疊量， 為等效接觸半徑， 、 為接觸顆粒的泊松比， 、 為接觸顆粒的彈性模量， 、 為接觸顆粒的接觸半徑。

（4）

其中

（5）

（6）

（7）

式中： 為阻尼比， 為法向剛度， 為等效質(zhì)量， 為相對(duì)速度的法向分量， 為恢復(fù)系數(shù)， 為接觸顆粒的質(zhì)量。

（8）

其中

（9）

式中： 為法向剛度， 為法向重疊量， 為等效剪切模量。

（10）

式中： 為相對(duì)速度的切向分量。

（11）

式中： 為滾動(dòng)摩擦系數(shù)， 為接觸點(diǎn)到顆粒質(zhì)心的距離， 為顆粒在接觸點(diǎn)處單位角速度矢量。

1.2? 試驗(yàn)材料與物理試驗(yàn)

1.2.1? 試驗(yàn)材料選取? 試驗(yàn)中所用的材料采用椰糠磚充分泡發(fā)后的椰糠物料，椰糠磚尺寸為200 mm×100 mm×50 mm、質(zhì)量為（550±10）g、泡發(fā)量為12 L/kg，相關(guān)術(shù)語(yǔ)取自由中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化協(xié)會(huì)設(shè)施農(nóng)業(yè)分會(huì)發(fā)布的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)T/CAMA 12—2019《無(wú)土栽培椰糠》[20]。

1.2.2? 含水率測(cè)量? 在待測(cè)的椰糠物料堆中采用五點(diǎn)法取樣，每個(gè)取樣點(diǎn)稱取3～5 g樣品，分別放入MA45水分分析測(cè)試儀的樣品盤中，并確保樣品在樣品盤中均勻分布。根據(jù)5次樣品測(cè)量的平均值，計(jì)算出待測(cè)椰糠的含水率為86.57%。

1.2.3? 堆積密度測(cè)量? 稱取一定質(zhì)量的椰糠將其沿喂料漏斗自然下落到量筒中，通過(guò)用質(zhì)量除以量筒內(nèi)椰糠的體積讀數(shù)計(jì)算出待測(cè)椰糠的堆積密度，重復(fù)試驗(yàn)5次取平均值為370 kg/m3。

1.2.4? 真實(shí)密度測(cè)量? 稱取一定質(zhì)量的椰糠裝入盛有一定體積水的100 mL量筒中，量筒增加的體積讀數(shù)就是椰糠的真實(shí)體積，用椰糠質(zhì)量除以增加的體積，重復(fù)5次試驗(yàn)，計(jì)算取平均值得到椰糠的真實(shí)密度為1 074 kg/m3。

1.2.5? 顆粒尺寸測(cè)定? 稱取100 g椰糠樣品，使用分級(jí)篩進(jìn)行顆粒分級(jí)，用電子天平稱取不同粒徑范圍對(duì)應(yīng)的質(zhì)量，重復(fù)5次試驗(yàn)，獲得椰糠粒徑質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布，為仿真時(shí)椰糠顆粒建模和顆粒工廠生成提供依據(jù)，結(jié)果如表1所示。

1.2.6? 堆積角的測(cè)定? 堆積角也稱安息角或休止角，是表征顆粒物料流動(dòng)、摩擦等特性的宏觀參數(shù)，與顆粒表面積、顆粒密度、顆粒摩擦系數(shù)及含水率均有關(guān)系[21-22]。當(dāng)大量顆粒物料被傾倒于水平面上堆積為錐體，錐體表面與水平面所成內(nèi)角即為堆積角，堆積角物理試驗(yàn)是顆粒物料離散元參數(shù)標(biāo)定的常用手段。采用注入法將椰糠從漏斗上方慢慢加入，漏出的物料在水平面上形成圓錐狀堆積體的傾斜角即為椰糠的堆積角，重復(fù)試驗(yàn)5次，取平均值為45.69°。

1.3? 顆粒建模與參數(shù)選取

1.3.1? 建立椰糠仿真模型? 由上述表1可以看出，在選取的椰糠樣本中，顆粒粒徑1.25～5 mm的質(zhì)量占總質(zhì)量的93.18%，其中粒徑1.25～2 mm的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60.38%，占大多數(shù)。在離散元參數(shù)標(biāo)定中，若完全按照顆粒真實(shí)尺寸進(jìn)行建模，仿真效率太低，研究表明：相比真實(shí)的顆粒尺寸與形狀，顆粒之間以及顆粒與幾何體之間的相互作用更為關(guān)鍵[23-24]。因此，在建立椰糠顆粒模型時(shí)，以粒徑1.25～2 mm的顆粒為基礎(chǔ)，考慮縮短數(shù)值模擬時(shí)間和簡(jiǎn)化模型因素，結(jié)合椰糠實(shí)際外觀形態(tài)創(chuàng)建其離散元顆粒模型，如圖2所示。

1.3.2? 標(biāo)定參數(shù)范圍確定? 椰糠物料特性的研究目前尚不完善，其離散元仿真的參數(shù)尤其匱乏。EDEM軟件內(nèi)置顆粒材料數(shù)據(jù)庫(kù)（Generic EDEM Material Model Database）中包含了數(shù)千種具有代表性的顆粒物料，如巖石、土壤和礦石等。通過(guò)選擇仿真規(guī)模和堆積密度范圍、輸入物料堆積角，獲得椰糠顆粒之間的接觸參數(shù)參考值范圍：恢復(fù)系數(shù)為0.15～0.75，靜摩擦系數(shù)為0.20～1.16，滾動(dòng)摩擦系數(shù)為0.05～0.15。考慮到椰糠作為農(nóng)業(yè)物料及其作為栽培基質(zhì)與土壤接近，主要參照文獻(xiàn)[25–30]中各類物料參數(shù)取值或范圍，綜合考慮設(shè)定椰糠泊松比為0.1～0.5，剪切模量為1.0～10.0 MPa，椰糠與鋼材恢復(fù)系數(shù)為0.1～0.7、靜摩擦系數(shù)為0.20～0.90、滾動(dòng)摩擦系數(shù)為0.05～0.30。通過(guò)查閱文獻(xiàn)取鋼材泊松比為0. 剪切模量為7.9×1010 Pa，密度為7 850 kg/m 重力加速度為9.81 m/s2。各參數(shù)標(biāo)定試驗(yàn)因素及水平如表2所示。

1.4? 數(shù)據(jù)處理

采用Design Expert 10軟件設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和顯著性分析，因試驗(yàn)

參數(shù)較多，故先設(shè)計(jì)Plackett-Burman試驗(yàn)篩選出對(duì)堆積角影響顯著的試驗(yàn)因素，然后根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)顯著性影響因素高（1）、中（0）、低（-1）3個(gè)水平設(shè)計(jì)Box-Behnken試驗(yàn)進(jìn)行響應(yīng)面分析，得到堆積角和顯著性影響因素之間的回歸模型，最后通過(guò)參數(shù)優(yōu)化尋找最優(yōu)解和試驗(yàn)驗(yàn)證完成參數(shù)標(biāo)定。

2? 結(jié)果與分析

2.1? Plackett-Burman 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

Plackett-Burman設(shè)計(jì)法是一種兩水平的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，通過(guò)比較各個(gè)因素兩水平的差異與整體的差異來(lái)確定因素的顯著性。以椰糠堆積角為響應(yīng)值，延用表2中8個(gè)因素高低水平，并設(shè)置3個(gè)虛擬參數(shù)用于誤差分析，共進(jìn)行12次試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果如表3所示。

通過(guò)方差分析得到8個(gè)因素對(duì)堆積角的影響效果和顯著性，如表4所示。分析可得：A、B、D、E、G對(duì)椰糠顆粒的堆積角有正效應(yīng)，即堆積角隨該5個(gè)因素的增大而增大;C、F、H則有負(fù)效應(yīng)，即堆積角隨該3個(gè)因素的增大而減小;其中對(duì)堆積角影響極顯著（P<0.01）的因素是椰糠-椰糠靜摩擦系數(shù)（D）和椰糠-椰糠滾動(dòng)摩擦系數(shù)（E），影響顯著（P<0.05）的因素是椰糠剪切模量（B），而其余因素影響不顯著;模型的P<0.0 說(shuō)明回歸模型極顯著，預(yù)測(cè)值 =0.994 0，說(shuō)明模型能很好地反映各因素的變化情況。

2.2? Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

2.2.1? 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果? Box-Behnken設(shè)計(jì)是一種響應(yīng)曲面設(shè)計(jì)類型，根據(jù)Plackett-Burman試驗(yàn)結(jié)果，取椰糠泊松比為0.3、椰糠-椰糠恢復(fù)系數(shù)為0.45、椰糠和鋼材恢復(fù)系數(shù)為0.4、椰糠和鋼材靜摩擦系數(shù)為0.55、椰糠和鋼材滾動(dòng)摩擦系數(shù)為0.18，以椰糠-椰糠靜摩擦系數(shù)（D）、椰糠-椰糠滾動(dòng)摩擦系數(shù)（E）、椰糠剪切模量（B）為試驗(yàn)因素，堆積角為響應(yīng)指標(biāo)，延用表2中3個(gè)因素的高中低水平，進(jìn)行Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)共進(jìn)行17模擬仿真，結(jié)果如表5所示。

2.2.2? 堆積角回歸模型分析? 應(yīng)用Design expert軟件建立堆積角與3個(gè)顯著性影響因素的二階模型：

（12）

該回歸方程的P=0.00 決定系數(shù) = 0.9492，校正決定系數(shù) =0.8838，信噪比為13.47，說(shuō)明該堆積角回歸方程極顯著，相關(guān)性好，可以對(duì)目標(biāo)堆積角進(jìn)行預(yù)測(cè);變異系數(shù)CV=3.43%，失擬項(xiàng)P=0.4007>0.05，表明該方程擬合程度好，對(duì)該模型試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸方差分析，如表6所示。結(jié)果表明，椰糠-椰糠靜摩擦系數(shù)（D）、椰糠-椰糠滾動(dòng)摩擦系數(shù)（E）對(duì)堆積角影響極顯著;椰糠-椰糠靜摩擦系數(shù)的二次方項(xiàng)（ ）、椰糠-椰糠滾動(dòng)摩擦系數(shù)的二次方項(xiàng)（ ）對(duì)堆積角影響顯著。

2.2.3? 參數(shù)優(yōu)化與試驗(yàn)驗(yàn)證? 運(yùn)用Design expert軟件優(yōu)化功能，以椰糠堆積角試驗(yàn)值45.69°為目標(biāo)值，在設(shè)置的試驗(yàn)因素水平范圍內(nèi)對(duì)堆積角回歸模型進(jìn)行尋優(yōu)，所得優(yōu)化解若干組。以優(yōu)化解作為因素水平值進(jìn)行堆積角仿真試驗(yàn)，并與物理試驗(yàn)堆積角進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，得到試驗(yàn)形狀相似的一組最優(yōu)解，即椰糠剪切模量（B）為1.44 MPa，椰糠-椰糠靜摩擦系數(shù)為（D）為1.1 椰糠-椰糠滾動(dòng)摩擦系數(shù)（E）為0.15，其余非顯著性因素取中間水平。此優(yōu)化解下的堆積角仿真試驗(yàn)結(jié)果45.25°與物理試驗(yàn)結(jié)果45.69°對(duì)比如圖3所示，仿真結(jié)果與真實(shí)情況一致，說(shuō)明該優(yōu)化參數(shù)可為樣品椰糠與混合設(shè)備的進(jìn)一步離散元仿真提供依據(jù)。

3? 討論

（1）利用椰糠+有機(jī)肥制成混合基質(zhì)替代草炭，不僅可以“變廢為寶”，避免生態(tài)資源的枯竭，還可以減少環(huán)境的二次污染。采用離散元法研究機(jī)械設(shè)備與物料相互作用的研究雖然不少，在混合設(shè)備領(lǐng)域也有相關(guān)報(bào)道，但主要集中在飼料、顆粒肥料或者混凝土的研究方面，缺乏針對(duì)椰糠基質(zhì)綜合利用的混合攪拌研究?，F(xiàn)有文獻(xiàn)中針對(duì)椰糠物料特性的研究主要分布在結(jié)構(gòu)及比例、分解度、灰分含量、孔隙度、pH、礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)等方面，如前所述椰糠離散元模擬中所需的本征參數(shù)、接觸參數(shù)等必備特性參數(shù)缺乏數(shù)據(jù)支撐，而這些參數(shù)以試驗(yàn)方法測(cè)量往往難以獲得。本文選擇利用EDEM 2018離散元軟件建立椰糠顆粒模型，預(yù)設(shè)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行椰糠堆積角的模擬仿真，通過(guò)與物理試驗(yàn)相結(jié)合進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定，確定椰糠離散元模擬所需的準(zhǔn)確參數(shù)，研究結(jié)果在國(guó)內(nèi)外椰糠加工設(shè)備基礎(chǔ)研究方面尚未見(jiàn)報(bào)道。

（2）本文通過(guò)分析文獻(xiàn)以及結(jié)合前期試驗(yàn)測(cè)量的堆積角，根據(jù)EDEM 2018材料庫(kù)確定椰糠泊松比、剪切模量，椰糠-椰糠恢復(fù)系數(shù)、靜摩擦系數(shù)、滾動(dòng)摩擦系數(shù)，椰糠-鋼材恢復(fù)系數(shù)、靜摩擦系數(shù)、滾動(dòng)摩擦系數(shù)這8個(gè)因素的取值范圍。然后進(jìn)行了Plackett-Burman試驗(yàn)設(shè)計(jì)篩選出對(duì)椰糠堆積角影響顯著的接觸參數(shù)和本征參數(shù)包括：椰糠-椰糠靜摩擦系數(shù)、椰糠-椰糠滾動(dòng)摩擦系數(shù)和椰糠剪切模量。通過(guò)Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)建立了堆積角與顯著性影響因素的回歸模型，方差分析表明了椰糠-椰糠靜摩擦系數(shù)和椰糠-椰糠滾動(dòng)摩擦系數(shù)對(duì)堆積角影響極顯著，椰糠-椰糠靜摩擦系數(shù)的二次方項(xiàng)、椰糠-椰糠滾動(dòng)摩擦系數(shù)的二次方項(xiàng)對(duì)堆積角影響顯著。以椰糠物理試驗(yàn)堆積角為目標(biāo)，對(duì)回歸方程尋優(yōu)求解，得到顯著性影響因素最佳組合為椰糠剪切模量1.44 MPa，椰糠-椰糠靜摩擦系數(shù)1.1 椰糠-椰糠滾動(dòng)摩擦系數(shù)0.15。最后通過(guò)最優(yōu)組合參數(shù)試驗(yàn)驗(yàn)證，證實(shí)了標(biāo)定的參數(shù)準(zhǔn)確、可靠，建立的模型正確、可行。

（3）離散元法可以準(zhǔn)確高效地分析顆粒的運(yùn)動(dòng)情況，并具有可視化特點(diǎn)，本文研究結(jié)果對(duì)椰糠輸送、混合等機(jī)械裝備的研發(fā)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。但農(nóng)業(yè)物料的各種特性往往與含水率有很大關(guān)系，本文取樣以椰糠磚泡發(fā)量為依據(jù)，雖盡可能縮小了與實(shí)際應(yīng)用中的差距，但受不同栽培基質(zhì)配方特性的要求，需進(jìn)一步摸清不同含水率對(duì)椰糠堆積角的影響規(guī)律，從而確定不同含水率下椰糠物料的特性參數(shù)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。另外，上述試驗(yàn)得出：對(duì)椰糠堆積角影響顯著的是椰糠-椰糠靜摩擦系數(shù)、椰糠-椰糠滾動(dòng)摩擦系數(shù)和椰糠剪切模量，它們都是顆粒物料特性，與鋼材特性關(guān)聯(lián)不大。而椰糠混合基質(zhì)生產(chǎn)肯定至少包含2種物料，如椰糠和有機(jī)肥等，那么有必要進(jìn)一步研究椰糠-有機(jī)肥的顆粒接觸特性，這樣才能使整個(gè)離散元仿真模擬系統(tǒng)更加完善。

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