Calibración y verificación experimental de parámetros de elementos finitos para el modelo de acondicionamiento de alfalfa
Autores: Jin, Qiao; You, Yong; Wang, Haiyi; Ma, Xueting; Wang, Liang; Wang, Decheng; Fang, Xianfa
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ciencias Agrícolas y Biológicas
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 36
Citaciones: Sin citaciones
El acondicionamiento es un paso importante en la cosecha de heno de alfalfa, ya que apretar y doblar los tallos de alfalfa puede descomponer las fibras del tallo y acelerar la tasa de secado de la alfalfa. La calidad del heno de alfalfa se ve directamente afectada por el efecto del acondicionamiento. El método de elementos finitos (FEM) puede analizar cuantitativamente la relación de interacción entre la alfalfa y los rodillos de acondicionamiento, lo cual es de gran importancia para mejorar los efectos del acondicionamiento y optimizar los sistemas de acondicionamiento. La precisión de los parámetros de ingeniería de materiales afecta directamente los resultados de la simulación. Debido al pequeño diámetro y delgada pared del tallo de la alfalfa, algunos de sus parámetros de material son difíciles de medir o tienen baja precisión de medición. Basándose en este contexto, este estudio propuso un método para calibrar los parámetros de elementos finitos de tallos de plantas de pared delgada. Al realizar pruebas de tracción radial, corte, flexión y compresión radial en los tallos de alfalfa y combinándolas con la relación constitutiva del material, se obtuvo preliminarmente el rango de parámetros de ingeniería para los tallos. Al realizar un experimento de Plackett-Burman, se determinaron los parámetros que afectan la fuerza máxima de corte de los tallos, incluyendo el coeficiente de Poisson en el plano isotrópico, el módulo elástico radial y el coeficiente de fricción deslizante entre el tallo de alfalfa y la placa de acero. Al realizar el experimento de ascenso más pronunciado y el experimento de Box-Behnken, se obtuvieron los valores óptimos del coeficiente de Poisson, el módulo elástico radial y el coeficiente de fricción deslizante para ser 0,42, 28,66 MPa y 0,60, respectivamente. Finalmente, se utilizaron el experimento de doble corte, el experimento de compresión radial y el experimento de acondicionamiento para evaluar la precisión de los parámetros. Los resultados mostraron que el error relativo promedio entre el corte máximo y el valor medido fue del 0,88%, y el error relativo promedio entre la fuerza máxima de contacto radial y el valor medido fue del 2,13%. En el experimento de acondicionamiento, la curva de carga mostró la misma tendencia que la curva medida, y los resultados de la simulación pudieron demostrar el proceso de tensión y el modo de falla de los tallos de alfalfa. El método de modelado y calibración puede predecir efectivamente el estrés y la falla de la alfalfa durante el acondicionamiento.
Descripción
El acondicionamiento es un paso importante en la cosecha de heno de alfalfa, ya que apretar y doblar los tallos de alfalfa puede descomponer las fibras del tallo y acelerar la tasa de secado de la alfalfa. La calidad del heno de alfalfa se ve directamente afectada por el efecto del acondicionamiento. El método de elementos finitos (FEM) puede analizar cuantitativamente la relación de interacción entre la alfalfa y los rodillos de acondicionamiento, lo cual es de gran importancia para mejorar los efectos del acondicionamiento y optimizar los sistemas de acondicionamiento. La precisión de los parámetros de ingeniería de materiales afecta directamente los resultados de la simulación. Debido al pequeño diámetro y delgada pared del tallo de la alfalfa, algunos de sus parámetros de material son difíciles de medir o tienen baja precisión de medición. Basándose en este contexto, este estudio propuso un método para calibrar los parámetros de elementos finitos de tallos de plantas de pared delgada. Al realizar pruebas de tracción radial, corte, flexión y compresión radial en los tallos de alfalfa y combinándolas con la relación constitutiva del material, se obtuvo preliminarmente el rango de parámetros de ingeniería para los tallos. Al realizar un experimento de Plackett-Burman, se determinaron los parámetros que afectan la fuerza máxima de corte de los tallos, incluyendo el coeficiente de Poisson en el plano isotrópico, el módulo elástico radial y el coeficiente de fricción deslizante entre el tallo de alfalfa y la placa de acero. Al realizar el experimento de ascenso más pronunciado y el experimento de Box-Behnken, se obtuvieron los valores óptimos del coeficiente de Poisson, el módulo elástico radial y el coeficiente de fricción deslizante para ser 0,42, 28,66 MPa y 0,60, respectivamente. Finalmente, se utilizaron el experimento de doble corte, el experimento de compresión radial y el experimento de acondicionamiento para evaluar la precisión de los parámetros. Los resultados mostraron que el error relativo promedio entre el corte máximo y el valor medido fue del 0,88%, y el error relativo promedio entre la fuerza máxima de contacto radial y el valor medido fue del 2,13%. En el experimento de acondicionamiento, la curva de carga mostró la misma tendencia que la curva medida, y los resultados de la simulación pudieron demostrar el proceso de tensión y el modo de falla de los tallos de alfalfa. El método de modelado y calibración puede predecir efectivamente el estrés y la falla de la alfalfa durante el acondicionamiento.