شبیه سازی عددی رفتار دینامیکی مواد دانه ای کشاورزی در محیط های گسسته با ارائه مدلی با المانهای مجزا1

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسنده

عضو هیئت علمی گروه ماشینهای کشاورزی (PHD)، دانشکده کشاورزی دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

یکی از عوامل مهم در دقت شبیه سازی مدل­های DEM، انطباق شکل المان­های به­کار رفته در مدل کامپیوتری با شکل ذرات یا اجسام در سیستم حقیقی است. مطالعات انجام شده به کمک مدل­های DEM در زمینة سیستم­های حاوی مواد دانه ای، تاکنون مدل­هایی بوده اند که المان­های به­کار رفته در آنها کروی یا بیضی مانند بوده است.  از آنجا که شکل اکثر میوه ها و سبزی­ها غیر کروی و نامنظم­اند مدل­های حاوی این­گونه المان­ها  نمی تواند بیان کنندة رفتار دقیق آنها باشد. مقالة حاضر مدلی را ارائه می­کند که المان­های آن می­تواند کروی یا غیر کروی باشد. در این مدل، شکل هر المان با ترکیبی از گویها (کرات در سیستم­های سه بعدی و دوایر در دو بعدی) با اندازه های مختلف، با هم پوشانی دلخواه بین آنها تعیین می­شود به طوری که شکل نهایی آنها بسیار نزدیک به شکل واقعی میوه یا محصول مورد نظر باشد. نتایج ارزیابی تئوری مدل نشان دهندة تنها 07/0 درصد خطاست که این امر دلالت بر صحت فرموله شدن مدل و الگوریتم­های موجود در آن است. همچنین، نتایج ارزیابی تجربی مدل برای بررسی دقت پیش بینی رفتار یک سیستم فیزیکی مشابه نشان می­دهد که مدل توانسته است با دقت 82 درصد رفتار سیستم را پیش بینی کند. این میزان خطا می­تواند به میزان دقت در اندازه گیری خصوصیات فیزیکی و مکانیکی مورد نیاز سیستم ربط داده شود. به منظور نشان دادن توانایی مدل در شبیه سازی انتقال و فراوری محصولات کشاورزی، نمونه­هایی از کاربرد مدل در این زمینه ارائه شده است. نتایج این شبیه سازی ها به صورت نمودارهای تغییرات نیروهای عمودی وارد بر جسم (که باعث لهیدگی آنها هستند) و نیروهای مماسی (که منشاء خراشیدگی هستند) ارائه شده است. علاوه بر این، تصاویر ارائه شده در این مقاله که برگرفته شده از انیمیشن­های حاصل از نتایج مدل هستند توانایی مدل را در شبیه سازی فرایندهای مختلف محصولات کشاورزی بیان می­کنند.

کلیدواژه‌ها


1-      Abbaspour-Fard, M.H. 2004. Theoretical Validation of a Multi-sphere, Discrete Element Model Suitable for Biomaterials Handling Simulation. Biosystems Engineering. 88 (2), 153-161.

2-      Abbaspour-Fard, M. H. 2001. Discrete element modeling of the dynamic behaviour of non-spherical particulate materials. Ph.D Thesis, University of Newcastle upon Tyne.

3-      Brown, G. K., Pason, N. L. S., Timm, E. J., Burton, C. L., and Marshal, D. E. 1990. Apple Packing line Impact Damage Reduction. Applied Engineering in Agriculture 6, 759-764.

4-      Chen, P., and Yazdani, R. 1991. Prediction of Apple Bruising Due to Impact on Different Surfaces. Trans. of the ASAE 34, 956-961.

5-      Foutz, T. L., and Thompson, S. A. 1993. Comparison of Loading Response of Packed Grain and Individual Kernel. Trans. of ASAE 36, 569-576.

6-      McRae, D. C., Melrose, H., and Fleming, J. 1995. Evaluation of the Performance of a Singulator for Potatoes. Potato Research 38, 53-60.

7-      Ng, T. T., and Dobry, R. 1994. Numerical Simulation of Monotonic and Cyclic Loading of Granular Soils. Journal of Geotechnical Engineering 120, 388-403.

8-      Ooi, J. Y., Chen, J. F., and Rotter, J. 1998. Measurement of Solids Flow Patterns in a Gypsum Silo. Powder Technoly 99, 272-284.

9-      Peleg, K. 1986. Simulation of Vibration Damage in Produce Transportation. Trans. of ASAE 29, 633-641.

10-  Rong, G., Negi, S. C., and Jofriet, J. C. 1995. Simulation of the Flow Behaviour of Bulk Solids in Bins, Part 1: Model Development and Validation. Journal of Agricultural Engineering Research. 62, 244-256.

11-  Ting, J., Meachum, L. R., and Rowell, J. D. 1995. Effect of Particle Shape on the Strength and Deformation Mechanism of Ellipse Shape Granular Assemblies. Engineering Computations 12, 99-108.