基于粘弹塑性接触模型的红花渐进剪切-气力吸附高效低损采收机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31901417
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    23.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1302.农艺农机学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The safflower cropping area in Xinjiang Province has been the largest in our country. However, the industrialization and large-scale development of safflower has been significantly restricted by the disadvantages of current mechanized harvesting process including the inefficient, crush and falling of petal, and the broken rate of fruit. To achieve the high-performance and low-loss harvesting of petal, a late-model harvesting mechanism of petal need to be proposed and studied based the coupling of progressive shearing and pneumatic process. Based on the bonded-particle discrete element modeling and C language, the viscoelastic-plastic contact model, which was suitable to the contour and mechanical property of petal, will be established. The low-loss separation mechanism of petal is one of the most important impacts. To reveal the mechanism, the influences of parameters of bit tool on the fracture of petal are studied; following the mathematical model is established to indicate the relationship among the net recovery rate, damage percentage, bonding strength between the fruit and flower and parameters of bit tool. In addition, the efficient transportation mechanism of petal needs to be interpreted by the mathematical model. In this process, the effect of suction fan parameters on the transportation of petal is obtained, and the relation between net rate and parameters of airflow velocity, case body and piping is studied. Eventually, the high-performance and low-loss harvesting mechanism of petal is ultimate target need to be elaborated. Thus, the CFD-DEM coupling simulation method is employed to analysis influences of structural parameters on the movement of petal, and to obtain the relationship between the airflow and petal. Ultimately, the parameters are optimized and the prototype is trial-produced to test and proof the contact model through comparative analysis between the theory parameters and practical application. This study will lay the foundation for the safflower harvesting research in Xinjiang and provide reference for high-precision numerical analysis modeling of other crops.
红花是新疆特色经济作物,种植面积居全国首位,但目前机械化采收存在效率低、花丝破碎、掉落及果球损伤等问题,制约产业发展。因此,提出一种新型的花丝采收方法,通过渐进剪切与气力吸附相结合的方式实现花丝高效低损采收。基于离散元粘结颗粒模型及C语言,构建符合花丝外形及力学特性的花丝粘弹塑性接触模型;研究不同刀具参数对花丝断裂的影响,建立采净率、破碎率与花果分离力、刀具参数间的数学模型,揭示花丝低损分离机理;研究不同负压风机参数对花丝输送的影响,建立集净率与气流速度、箱体及管道结构参数间的数学模型,揭示花丝高效输送机理;通过CFD-DEM耦合仿真,分析机具结构和工作参数对花丝运动状态影响,探明气流-花丝间相互作用关系,揭示高效低损采收机理;优化机构参数并试制样机,开展试验研究,通过理论与实际分析的对比,检验、修正模型。研究成果将为新疆红花采收机具研究奠定基础,并为其他农业物料高精度数值分析提供参考。

结项摘要

目前红花采收机具的结构及工作参数不完善,仍存在采净率低,含杂率和破碎率高,从而不能有效指导采收机具优化。但构建红花三维形态模型,进行花丝高精度数值模拟,可以准确地揭示花丝高效低损采收机理,提升红花采收机具作业性能。为此,针对目前红花机械化采收效率低、花丝破碎、掉落及果球损伤等问题,本项目以“高效率、低损伤”红花采收的实现为目标,综合应用农学、数学和仿真模拟。结合三维数字化重建、气固耦合等技术,从不规则柔性体--花丝物理及力学特性入手,建立基于粘弹塑性接触结构从新构建红花丝高精度数值模拟模型,标定及校准花丝离散元仿真参数,分析渐进剪切-气力吸附红花采收原理;构建采收机具-花丝交互力学模型,并采用CFD-DEM耦合的方法模拟花丝剪切及输送过程,确定适宜的机具腔体结构及风机转速,阐明花丝高速渐进剪切分离机制,揭示红花高效低损采收机理,优化机具结构和工作参数;基于红花高效低损采收机理,开展采收机具结构及工作参数优化,并完成工作性能的台架及田间试验,通过单因素与多因素交互试验确定渐进刀具切割花丝时最佳刀具参数,提升了采收机具的作业性能。针对本项目研究的相关内容,在国内外发表科研论文5篇,其中EI收录2篇,中文核心期刊2篇,英文期刊1篇;申请相关国家专利9项,其中发明专利8项,授权发明专利7项、实用新型专利1项。研究成果为红花采收机具研发奠定了理论与技术基础,同时为其他农业物料高精度数值分析建模提供了参考。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(9)
红花采收机双动对切式末端执行器设计与试验
  • DOI:
    10.6041/j.issn.1000-1298.2022.12.015
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    农业机械学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张振国;赵敏义;邢振宇;刘学峰
  • 通讯作者:
    刘学峰
圆弧渐进式红花丝采收装置设计与试验
  • DOI:
    10.11975/j.issn.1002-6819.2022.17.002
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    农业工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张振国;邢振宇;杨双平;冯宁;梁荣庆;赵敏义
  • 通讯作者:
    赵敏义
梳夹式红花采收装置集花机构优化与整机性能试验
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    农机化研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵敏义;杨双平;曹卫彬;张振国;邢振宇
  • 通讯作者:
    邢振宇
Feasibility of high-precision numerical simulation technology for improving the harvesting mechanization level of safflower filaments: A Review
高精度数值模拟技术提高红花花丝采收机械化水平的可行性研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    International Agricultural Engineering Journal
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Zhenguo Zhang;Junxian Guo;Shuangping Yang;Xunjun Zhang;Qi Niu;Changjie Han;Quangui Lv
  • 通讯作者:
    Quangui Lv
剪切式红花采摘装置的设计与试验
  • DOI:
    10.13427/j.cnki.njyi.2023.10.001
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    农机化研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    罗丹;郭辉;高国民;董芙楠;路昊;张振国
  • 通讯作者:
    张振国

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其他文献

革叶算盘子与两种头细蛾互惠共生体系的生物学研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    环境昆虫学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张振国;滕开建;李后魂
  • 通讯作者:
    李后魂
南海北部陆缘多金属结核的内部显微构造特征及其地质意义
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    河北联合大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王瑜;张振国
  • 通讯作者:
    张振国
Degradative Factors and Protective Countermeasures of Coastal Wetlands in Tangshan
唐山滨海湿地退化因素及保护对策
  • DOI:
    10.4028/www.scientific.net/amr.347-353.1865
  • 发表时间:
    2011-10
  • 期刊:
    Advanced Materials Research
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    高莲凤;张振国
  • 通讯作者:
    张振国
南海西北陆缘多金属结核地球化学特征及成因
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    地球科学(中国地质大学学报)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张振国
  • 通讯作者:
    张振国
南海北部陆缘新型多金属结核的发现及意义
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    海洋地质前沿
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张振国
  • 通讯作者:
    张振国

其他文献

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张振国的其他基金

基于卷积神经网络与蚁群算法的红花花丝全生命周期选择性采收方法
  • 批准号:
    52265041
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    33 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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