[发明专利]一种基于籽粒几何特性的玉米果穗三维建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于对玉米果穗特性进行有限元等仿真分析的三维建模方法，具体的说是一种基于籽粒几何特性的玉米果穗三维建模方法。

背景技术

玉米是我国主要粮食作物之一，玉米果穗穗行数是描述玉米品种的关键形状之一，每个品种的小穗原基的数目受基因控制，通常是恒定的，因此大多数玉米果穗的穗行是偶数，且大多是十六行或十八行，而在田间表现中，十六行穗行的果穗又占多数。从统计学角度对玉米果穗进行仿真建模，对玉米果穗的理论研究和相关的工程设计都具有重要意义。

玉米脱粒原理主要有冲击、揉搓、梳刷、碾压和揉搓等，其中，冲击脱粒是目前国内玉米最常用脱粒原理。玉米籽粒脱粒破损率直接影响玉米的存储和种子生产等方面。玉米脱粒过程中，受脱粒设备的作用，存在一定的破损率，因此，研究降低玉米脱粒破损率的方法对生产实际有重大意义。降低玉米脱粒破损率的研究不仅包括对玉米脱粒装置的研究，还应包括玉米果穗特性的研究，为脱粒装置的设计提供理论依据。

目前，国内外基于玉米果穗脱粒过程的研究主要有离散元法和试验法，如于亚军等采用离散元法提出的基于颗粒聚合体的玉米果穗分析模型建模方法（于亚军，周海玲，付宏等.基于颗粒聚合体的玉米果穗建模方法[J].农业工程学报，2012，28（8）：167~174），是将整个玉米芯分为若干球连接而成的玉米芯小块，每个小块上生长一定数量的玉米籽粒，每个小块采用与每个玉米籽粒对应的组成球相组合而成；而每个玉米籽粒采用一定数量的直径为籽粒厚度的单层球组合而成，籽粒上下和两侧边也采用球组合，籽粒内部用球填充，然后采用连接球模拟籽粒果柄，将籽粒与对应的玉米芯组成球连接。基于颗粒聚合体的玉米果穗分析模型建模方法从数学理论出发，通过自主研制的建模软件建立理想的果穗模型，将籽粒看做球组合的聚合体，玉米芯为多个通过球连接的小块组合而成。而在实际田间表现中，玉米果穗上除了两端最外缘籽粒外，果穗排列是每间隔两行排列相互错位搭接，即相邻两列穗行中的两横向籽粒侧面正对接触形成1对1对立接触，再与另外相邻两列穗行中的两层同样1对1接触的两横向籽粒侧面形成错位接触。该建模方法并不能准确表达田间实际的玉米果穗模型。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于籽粒几何特性的玉米果穗三维建模方法，基于玉米果穗籽粒对立交错的排列特性，选取玉米果穗相关几何特性进行统计测量，建立仿真几何模型。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案为，一种基于籽粒几何特性的玉米果穗三维建模方法，包括以下步骤：

（1）建立玉米芯模型

取同一品种且含水率一致的玉米芯试样，由于玉米芯沿轴向具有一定的锥度，沿其中心轴向方向取直径最大的部位标记为B，靠近部位B的一端端面标记为A，另一端端面标记为C，将玉米芯分为大头区间AB和小头区间BC两个待测区间，取游标卡尺测量出直径最大部位B、大头区间AB中的A部位和小头区间BC中的C部位的直径，以及大头区间AB和小头区间BC的长度，分别取各处的均值作为建模参数，建立玉米芯模型；

（2）建立玉米籽粒模型

Ⅰ、建立玉米果穗上对应大头区间AB的玉米籽粒模型

取玉米果穗上对应步骤（1）所划分的大头区间AB的玉米籽粒若干，将位于玉米籽粒中心轴线上且为果柄最底部的部位标记为D，然后沿玉米籽粒中轴线，将果柄最顶部即籽粒的最底部部位标记为E、籽粒最宽部位标记为G、籽粒最顶部部位标记为H、占果柄的最顶部至籽粒最宽部位沿籽粒中心轴线高度的                                               部位标记为F，沿籽粒中心轴线方向分别测量DE、EF、FG、GH四条线段的高度，并分别测量玉米籽粒两侧边穿过E、F、G三点并与籽粒中心轴线垂直的三条线段的长度，取游标卡尺测量玉米籽粒侧边对应上述三条线段的厚度并取其均值，取若干玉米籽粒的各测量参数均值作为建模参数，建立玉米果穗上对应大头区间AB的玉米籽粒三维模型；

Ⅱ、建立玉米果穗上对应小头区间BC的玉米籽粒模型

取玉米果穗上对应步骤（1）所划分的小头区间BC的玉米籽粒，采用步骤（2）Ⅰ的玉米籽粒轮廓的测量和建模方法，建立玉米果穗上对应小头区间BC的玉米籽粒模型；

（3）建立玉米籽粒胚沟模型：玉米籽粒两相对侧面的其中一面具有呈曲面结构的胚沟，胚沟的形状沿玉米籽粒中心轴线对称，各取玉米果穗上对应步骤（2）Ⅰ和Ⅱ中相同数目的玉米籽粒，测量玉米籽粒的胚沟几何特性数据并各取均值作为建立胚沟模型的参数；