一种玉米籽粒几何建模方法技术

本发明专利技术公开了一种玉米籽粒几何建模方法，包括如下步骤：步骤一、选取建模品种的多个玉米种子籽粒进行形状分类，统计各形状籽粒的数量占比；步骤二、分别测量各形状籽粒的特征尺寸，根据特征尺寸分别建立不同球数的籽粒模型；步骤三、根据种子的特征尺寸计算不同组成球数的籽粒模型的表面伪粗糙度；步骤四、根据不同球数的籽粒模型的表面伪粗糙度，确定马齿形籽粒、三棱台形籽粒、椭球锥形籽粒的填充模型，此外，建立类球形种子的9球模型，同时，在保证填充精度的基础上，减小填充球数量，提高仿真计算效率；步骤五、将各形状玉米籽粒的填充模型按照相应的数量占比混合形成玉米籽粒群体。

【技术实现步骤摘要】
一种玉米籽粒几何建模方法
本专利技术涉及玉米籽粒数学建模分析领域，具体涉及一种玉米籽粒几何建模方法。
技术介绍
玉米是中国的第一大粮食作物，2019年的产量为2.6亿吨。在玉米籽粒的种植、收获及仓储的过程中，始终存在着与相关机械部件的接触作用。这些问题降低了玉米籽粒的生产效率及产量。要解决这些问题，需要对相关机械部件的结构及尺寸参数进行优化。近些年，离散元方法因能获得颗粒与机械部件的作用力、颗粒的位移、速度等信息，已经成为分析散体颗粒运动及优化相关机械部件结构的主要方法。在采用离散元方法进行分析时，建立比较精确的玉米籽粒颗粒模型是非常重要的。但玉米籽粒形状复杂，在以往的玉米籽粒的建模中，存在着分类不全面、建模不精确的问题。因此，如何建立一种较准确的玉米籽粒颗粒模型，需要深入研究。
技术实现思路
技术上述技术问题，本专利技术设计开发了一种玉米籽粒几何建模方法，本专利技术的专利技术目的是建立精确的玉米籽粒颗粒模型。本专利技术提供的技术方案为：一种玉米籽粒几何建模方法，包括如下步骤：步骤一、对多个玉米籽粒进行形状分类并统计各个类别的数量占比；其中，所述形状分类包括马齿形籽粒、三棱台形籽粒、椭球锥形籽粒、类球形籽粒和非规则形籽粒；步骤二、分别建立由所述马齿形籽粒、所述三棱台形籽粒和所述椭球锥形籽粒组成的不同球数的籽粒模型；步骤三、分别测量所述马齿形籽粒、所述三棱台形籽粒和所述椭球锥形籽粒的特征尺寸，并根据所述特征尺寸分别计算所述不同球数的的籽粒模型的表面伪粗糙度；步骤四、根据所述表面伪粗糙度分别在由所述马齿形籽粒、所述三棱台形籽粒和所述椭球锥形籽粒组成的不同球数的籽粒模型中选择使用的籽粒模型；以及确定所述类球形组成的籽粒模型为9球籽粒模型。本专利技术与现有技术相比较所具有的有益效果：1、本专利技术提出的玉米籽粒的建模方法，是对常用玉米品种进行形状分析，在此基础上对玉米籽粒的形状进行了准确合理的分类后建立的(马齿形、三棱台形、椭球锥形、类球形及不规则形)，因此，本专利技术的玉米籽粒建模方法具有较广的适用性；2、本专利技术提出的玉米籽粒的建模方法，将马齿形、三棱台形、椭球锥形、类球形简化为规则形状进行建模，定义了马齿形、三棱台形、椭球锥形、类球形的特征尺寸，建立的各种形状的籽粒模型与实际模型的形状及尺寸较为接近；3、本专利技术提出的玉米籽粒的建模方法，通过研究颗粒模型的表面伪粗糙度的影响，得到能满足要求的最少组成球的模型，大大的提高了计算效率，节省了机械部件优化的时间，一定程度上提高了经济效益；4、本专利技术提出的玉米籽粒的建模方法，即可适用于玉米种子的建模，也可适用于玉米果实的建模。附图说明图1为本专利技术所述的马齿形籽粒的坐标系示意图。图2为本专利技术所述的由马齿形籽粒的组成的8球籽粒模型示意图。图3为本专利技术所述的由马齿形籽粒的组成的12球籽粒模型示意图。图4为本专利技术所述的由马齿形籽粒的组成的15球籽粒模型示意图。图5为本专利技术所述的由马齿形籽粒的组成的20球籽粒模型示意图。图6为本专利技术所述的由马齿形籽粒的组成的25球籽粒模型示意图。图7为本专利技术所述的椭球锥形籽粒的坐标系示意图。图8为本专利技术所述的由椭球锥形籽粒的组成的7球籽粒模型示意图。图9为本专利技术所述的由椭球锥形籽粒的组成的10球籽粒模型示意图。图10为本专利技术所述的由椭球锥形籽粒的组成的13球籽粒模型示意图。图11为本专利技术所述的由椭球锥形籽粒的组成的16球籽粒模型示意图。图12为本专利技术所述的三棱台形籽粒的坐标系示意图。图13为本专利技术所述的由三棱台形籽粒的组成的23球籽粒模型示意图。图14为本专利技术所述的由三棱台形籽粒的组成的28球籽粒模型示意图。图15为本专利技术所述的由三棱台形籽粒的组成的33球籽粒模型示意图。图16为本专利技术所述的由三棱台形籽粒的组成的38球籽粒模型示意图。图17为本专利技术所述的类球形籽粒的坐标系示意图。图18为本专利技术所述的由类球形籽粒的组成的9球籽粒模型示意图。图19a～d为本专利技术所述的实施例1中良玉99进行堆积角仿真实验的实验结果示意图。图20a～d为本专利技术所述的实施例2中先玉335进行堆积角仿真实验的实验结果示意图。图21a～d为本专利技术所述的实施例3中正大999进行堆积角仿真实验的实验结果示意图。图22a～d为本专利技术所述的实施例1中良玉99进行自流筛分仿真实验的实验结果示意图。图23a～d为本专利技术所述的实施例2中先玉335进行自流筛分仿真实验的实验结果示意图。图24a～d为本专利技术所述的实施例3中正大999进行自流筛分仿真实验的实验结果示意图。图25为本专利技术所述的实施例1中良玉99进行原种(未分类)的自流筛分实验的实验结果示意图。图26为本专利技术所述的实施例2中先玉335进行原种(未分类)的自流筛分实验的实验结果示意图。图27为本专利技术所述的实施例3中正大999进行原种(未分类)的自流筛分实验的实验结果示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。本专利技术提供了一种玉米籽粒几何建模方法，包括如下步骤：步骤一、选取建模品种的多个玉米种子籽粒进行形状分类(马齿形、三棱台形、椭球锥形、类球形及非规则形)，统计各形状籽粒的数量占比；步骤二、分别测量各形状(马齿形、三棱台形、椭球锥形、类球形)籽粒的特征尺寸，根据特征尺寸分别建立由所述马齿形籽粒、所述三棱台形籽粒、所述椭球锥形籽粒和类球形籽粒组成的不同球数的籽粒模型；步骤三、根据种子的特征尺寸计算由长径比较大的马齿形籽粒、三棱台形籽粒、椭球锥形籽粒的不同组成球数的籽粒模型的表面伪粗糙度；步骤四、根据由马齿形籽粒、三棱台形籽粒、椭球锥形籽粒组成的不同球数的籽粒模型的表面伪粗糙度，确定马齿形籽粒、三棱台形籽粒、椭球锥形籽粒的填充模型，此外，建立类球形种子的9球模型，同时，在保证填充精度的基础上，减小填充球数量，提高仿真计算效率；步骤五、将各形状玉米籽粒的填充模型按照相应的数量占比混合形成玉米籽粒群体。其中，在步骤四中，在各形状玉米籽粒的质心位置设置坐标系原点，建立笛卡尔坐标系，以平行于玉米籽粒宽度方向建立x轴，以平行于玉米籽粒的高度方向建立坐标系Y轴，以垂直与XY平面的方向建立坐标系Z轴；马齿形种子与椭球锥形玉米籽粒模型的表面伪粗糙度计算公式为：三棱台玉米籽粒模型的表面伪粗糙度的计算公式为：式中，H1为玉米籽粒(除胚尖外)的高度，T1为玉米籽粒的小端的厚度，T2为玉米籽粒的大端的厚度，W1为玉米籽粒的小端的宽度，W2为玉米籽粒的大端的宽度，m为填充模型的Y轴方向的填充层数；其中，确定马齿形籽粒、三棱台形籽粒、椭球锥形籽粒的填充模型为使表面伪粗糙度近似于0.7或小于0.7。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种玉米籽粒几何建模方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤一、对多个玉米籽粒进行形状分类并统计各个类别的数量占比；/n其中，所述形状分类包括马齿形籽粒、三棱台形籽粒、椭球锥形籽粒、类球形籽粒和非规则形籽粒；/n步骤二、分别建立由所述马齿形籽粒、所述三棱台形籽粒和所述椭球锥形籽粒组成的不同球数的籽粒模型；/n步骤三、分别测量所述马齿形籽粒、所述三棱台形籽粒和所述椭球锥形籽粒的特征尺寸，并根据所述特征尺寸分别计算所述不同球数的的籽粒模型的表面伪粗糙度；/n步骤四、根据所述表面伪粗糙度分别在由所述马齿形籽粒、所述三棱台形籽粒和所述椭球锥形籽粒组成的不同球数的籽粒模型中选择使用的籽粒模型；以及/n确定所述类球形组成的籽粒模型为9球籽粒模型。/n

【技术特征摘要】
1.一种玉米籽粒几何建模方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、对多个玉米籽粒进行形状分类并统计各个类别的数量占比；
其中，所述形状分类包括马齿形籽粒、三棱台形籽粒、椭球锥形籽粒、类球形籽粒和非规则形籽粒；
步骤二、分别建立由所述马齿形籽粒、所述三棱台形籽粒和所述椭球锥形籽粒组成的不同球数的籽粒模型；
步骤三、分别测量所述马齿形籽粒、所述三棱台形籽粒和所述椭球锥形籽粒的特征尺寸，并根据所述特征尺寸分别计算所述不同球数的的籽粒模型的表面伪粗糙度；
步骤四、根据所述表面伪粗糙度分别在由所述马齿形籽粒、所述三棱台形籽粒和所述椭球锥形籽粒组成的不同球数的籽粒模型中选择使用的籽粒模型；以及
确定所述类球形组成的籽粒模型为9球籽粒模型。


2.如权利要求1所述的玉米籽粒几何建模方法，其特征在于，在所述步骤三中，计算所述籽粒模型表面伪粗糙度过程包括：
所述马齿形籽粒或者所述椭球锥形籽粒组成的籽粒模型表面伪粗糙度为



所述三棱台形籽粒组成的粒模型表面伪粗糙度为



式中，H1为玉米籽粒的高度，T1为玉米籽粒的小端厚度，T2为玉米籽粒的大端厚度，W1为玉米籽粒的小端宽度，W2为玉米籽粒的大端宽度，m为填充模型的Y轴方向的填充层数。


3.如权利要求2所述的玉米籽粒几何建模方法，其特征在于，在所述步骤四中，选择使用的籽粒模型为使所述伪表面粗糙度近似于0.7或小于0.7的籽粒模型。


4.如权利要求2所述的玉米籽粒几何建模方法，其特征在于，在所述步骤四中，选择使用的籽粒模型为使所述伪表面粗糙度小于0.75的籽粒模型。


5.如权利要求3或4所述的玉米籽粒几何建模方法，其特征在于，在所述步骤二中，由所述马齿形籽粒组成的籽粒模型包括：
将所述马齿形籽粒简化为四棱台形状，在所述四棱台的上底的一端放置第一球O1，在关于Y轴对称的四棱台的另一端放置第二球O2，在四棱台的下底的一端放置第三球O3，在关于Y轴对称的四棱台的下底的另一端放置第四球O4；
所述第一球O1的球心坐标为



所述第一球O1的半径为
所述第二球O2的球心坐标为



所述第二球O2的半径
所述第三球O3的球心坐标为



所述第三球O3的半径
所述第四球O4的球心坐标为
所述第四球O4的半径
式中，



第m1层组成球的坐标为



第m1层组成球的半径为r13(m-1)＝r1+(m-1)Δr1；
式中，m1＝2，3，…，n1-1；
第m2层组成球的坐标为
第m2层组成球的半径为
式中，m2＝2，3，…，n2-1；
第m3层组成球的坐标为
第m3层组成球的半径为
式中，m3＝2，3，…，n3-1；
其中，当n1＝4，n2＝2，n3＝2时，籽粒模型为马齿形籽粒的8球籽粒模型；
当n1＝5，n2＝2，n3＝3时，且第十二球O12的球心坐标为半径r12＝H2-H1，籽粒模型为马齿形籽粒的12球籽粒模型；
当n1＝6，n2＝3，n3＝3时，且第十五球O15的球心坐标为半径r15＝H2-H1，籽粒模型为马齿形籽粒的15球籽粒模型；
当n1＝8，n2＝3，n3＝4时，且第二十球O20的球心坐标为半径r20＝H2-H1，籽粒模型为马齿形籽粒的20球籽粒模型；
当n1＝10，n2＝3，n3＝5时，且第二十五球O25的球心坐标为半径r25＝H2-H1，籽粒模型为马齿形籽粒的25球籽粒模型。


6.如权利要求3或4所述的玉米籽粒几何建模方法，其特征在于，在所述步骤二中，由所述椭球锥形籽粒组成的籽粒模型包括：
将所述马齿形籽粒简化为四棱台形状，在所述四棱台的上底的中心位置放置第一球O1，在同一Y轴坐标水平上，在四棱台的上底的两个端点放置第二球O2和第三球O3，在四棱台的下底的中心位置放置第四球O4，在同一Y轴坐标水平上，在四棱台的下底的两个端点放置第五球O5和第六球O6，在第一球O1的Y轴正方向放置第七球O7；
所述第一球O1的球心坐标为



所述第一球O1的半径为
所述第二球O2的球心坐标为



所述第三球O3的球心坐标为



所述第二球O2和第三球O3的半径为
所述第四球O4的球心坐标为



所述第四球O4的半径为
所述第五球O5的球心坐标为



所述第六球O6的球心坐标为



所述第五球O5和第六球O6的半径为
第七球O7的球心坐标为
第七球O7的半径为r7＝H2-H1；
式中，
第m层组成球的沿第一个方向的球心坐标为(Omx,Omy,Omz)1＝{O1x+(m-1)×ΔL1×ν1x,O1y+(m-1)×ΔL1×ν1y,O1z+(m-1)×ΔL1×ν1z}；
第m层组成球的沿第一个方向的球心半径为rm＝r1+Δr1，...

【专利技术属性】
技术研发人员：于建群，周龙，王扬，于亚军，闫东旭，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22