[发明专利]一种建立模拟玉米果穗动力接触的有限元模型的方法

摘要

一种建立模拟玉米果穗动力接触的有限元模型的方法，包括（1）建立玉米果穗模型；（2）建立有限元模型a、建立冲头模型；b、对冲头模型、玉米果穗模型中的玉米芯和米籽粒划分网格；c、采用推力计测得实际玉米果穗中A缝玉米籽粒间的挤压力、B缝玉米籽粒间的挤压力、沿玉米芯轴线方向的玉米籽粒间的挤压力以及玉米籽粒的果柄与玉米芯的连接力，根据推力计的测量结果，玉米芯和玉米籽粒各网格中的节点处通过点焊模拟建立作用力的大小。本发明基于玉米果穗籽粒的生长排列特性，建立了玉米果穗模型和有限元模型，通过动力接触分析，得到玉米果穗在冲头作用下的应力分布传递规律、籽粒散落机理，为改进脱粒工艺、优化脱粒装置提供依据。

主权项

一种建立模拟玉米果穗动力接触的有限元模型的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）、建立玉米果穗模型a、选取若干玉米果穗，测量玉米芯直径和长度并分别取均值，根据直径均值作出玉米芯的端面圆，根据长度均值拉伸出玉米芯圆柱体模型，并根据选取玉米果穗的平均穗行数n，将玉米芯圆柱体模型的两端面对应均分为n等份扇形；b、在步骤a中所取的玉米果穗上选取若干玉米籽粒，测量玉米籽粒的尺寸并取均值，根据均值作出玉米籽粒和玉米籽粒上的胚芽边界在水平面上的垂直投影，根据玉米籽粒的厚度均值拉伸出玉米籽粒模型；沿玉米籽粒模型中心轴线标记胚芽上的若干点，测量出所取玉米籽粒的胚芽上与标记点位置相应处的厚度并取均值，根据该均值与玉米籽粒厚度均值的差值，在玉米籽粒模型上作出胚芽边界上的点与标记点的连结曲面，根据该连结曲面在建立的玉米籽粒模型的其中一个侧面上切除出胚芽曲面，从而建立具有胚芽的玉米籽粒实体模型；c、在玉米籽粒实体模型上，玉米籽粒底部的尖端至胚芽底部的区域为玉米籽粒的果柄，测量果柄的几何特征参数，并根据果柄的几何特征参数在步骤a中建立的玉米芯圆柱体模型的圆周面上纵向均匀切除出n条用于放置果柄的槽体，每个槽体均位于一个划分出的扇形区域内，然后将步骤b建立的玉米籽粒实体模型通过其果柄一一装配到槽体中，使玉米籽粒胚芽处的端面与玉米芯圆柱体模型一端的端面配合；然后每间隔两列玉米籽粒沿玉米芯中心轴线方向移位玉米籽粒厚度均值的，建立玉米果穗模型；（2）建立有限元模型a、选取步骤（1）c建立的玉米果穗模型的一段，将选取段上玉米籽粒1对1接触的两行的缝隙标记为A缝，玉米籽粒1对2错位接触的两行的缝隙标记为B缝，并在其中一个缝隙的正上方建立用于冲击玉米果穗的呈楔形的冲头模型；b、采用映射方式对步骤（2）a建立的冲头模型划分网格，将其划分为若干个六面体单元；采用扫掠方式对步骤（2）a选取的玉米果穗模型中的玉米芯划分网格，将其划分为若干个六面体单元；采用自由方式对步骤（2）a选取的玉米果穗模型中的玉米籽粒划分网格，将其划分为若干个四面体单元；c、取实际玉米果穗对应于步骤（2）a的玉米果穗模型选取段，采用推力计测得实际玉米果穗中A缝玉米籽粒间的挤压力、B缝玉米籽粒间的挤压力、沿玉米芯轴线方向的玉米籽粒间的挤压力以及玉米籽粒的果柄与玉米芯的连接力，根据推力计的测量结果，在步骤（2）b建立的玉米芯和玉米籽粒各网格中的节点处通过ANSYS/LS‑DYNA软件中的点焊来模拟建立前述四个作用力的大小，从而建立模拟实际玉米果穗生产特性的模型。