Discrete element simulation modeling method and parameter calibration of sugarcane segment
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摘要:目的
蔗段作为大长径比秆状物料，其离散元模型的构建方法与仿真参数的设定尚不清楚，仿真模型精度对颗粒间的动力学响应特性有较大影响，需通过参数标定提高仿真参数的准确性。
方法以蔗段物理堆积角为响应值，采用仿真试验方法优化标定离散元参数。首先，采用物理试验测定蔗段的基本物性参数，并基于多球聚合模型和XML的方法构建蔗段仿真模型；然后，应用Plackett-Burman试验对蔗段离散元仿真中的8个初始参数进行显著性筛选，并对显著性参数进行最陡爬坡试验，确定最优参数区间；最后，基于Box-Behnken试验建立显著性参数与堆积角的二阶回归方程，以物理试验堆积角42.70°为目标值，对回归方程进行优化求解。
结果显著性筛选试验得出蔗段泊松比、蔗段−蔗段静摩擦系数、蔗段−蔗段滚动摩擦系数对仿真堆积角影响显著；最优参数组合为：蔗段泊松比0.35、蔗段−蔗段静摩擦系数0.53、蔗段−蔗段滚动摩擦系数0.04。最优参数组合的仿真试验结果表明，仿真堆积角与物理试验堆积角无显著性差异，两者相对误差为0.99%，进一步验证了蔗段离散元标定参数的可靠性。
结论蔗段离散元模型与最优仿真参数可用于蔗段离散元仿真试验，并可为大长径比秆状农业物料的离散元参数标定提供参考。
Abstract:ObjectiveThe construction method of discrete element model and the setting of simulation parameters of sugarcane segment as stalk material with large length and diameter ratio are not clear, the accuracy of the model has a great influence on the dynamic response characteristics between particles, and the accuracies of the simulation parameters need to be improved by parameter calibration.
MethodTaking the physical repose angle of sugarcane segment as the response value, the discrete element parameters were optimized and calibrated by simulation test method. Firstly, the basic physical parameters of sugarcane segment were measured by physical test, and the sugarcane segment simulation model was constructed based on the multi-sphere polymerization model and XML method. Then, the Plackett-Burman test was used to screen the significance of eight initial parameters in the discrete element simulation of sugarcane segment, and the optimal value ranges of significant parameters were determined by the steepest ascent search test. Further, the second-order regression equation between the significant parameters and repose angle was established based on the Box-Behnken test, and taking the physical repose angle of 42.70° as the target value, the regression equation was optimized.
ResultThe significance screening test showed that the Poisson’s ratio of sugarcane segment, the static and dynamic friction coefficients between two sugarcane segments had significant influence on the simulated repose angle. The optimal parameter combination was as follows: The Poisson’s ratio of sugarcane segment was 0.35, the static and dynamic friction coefficients between sugarcane segments were 0.53 and 0.04 respectively. The simulation test results of the optimal parameter combination showed that there was no significant difference between the simulated repose angle and the physical repose angle, and the relative error between them was 0.99%, which further verifies the reliability of sugarcane segment parameters calibrated by discrete element method.
ConclusionThe sugarcane segment discrete element model and the optimal simulation parameters can be used in the sugarcane segment discrete element simulation test, and can provide a reference for calibration of the discrete element parameter of stalk agricultural materials with large length and diameter ratio.
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Keywords:
- Discrete element /
- Calibration /
- Optimization /
- Simulation parameter /
- Repose angle /
- Sugarcane segment
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根据各国的实践经验，培育配套系来生产商品肉猪是高效养猪的必然选择，配套系生产的肉猪与一般商品肉猪相比有非常大的优势，能够更好地表现出杂种优势[1]。培育配套系可以提高养猪的生产效率，更好地适应生产和市场需求的变化，灵活运用猪种资源，发挥杂种优势和定向培育技巧。采用专门化品系育种，大大缩短了育种年限，提高了育种效率，增强了育种对市场需求的适应能力[2]。当今世界上养猪产业发展趋势是专门化品系选育和配套系生产，养猪发达国家都在突破品种的概念，大力选育专门化品系，并随着生产和市场的变化不断推出新的配套组合。如欧美大型跨国公司PIC、Topigs等均采用多系配套，生产性能和经济效益都很高[3]。专门化品系定向选育能适应不同区域市场对瘦肉的需求，配套系生产是我国养猪业大规模产业化进程中的必然选择。集团或合作社养猪业发展需要效益、效率并进，减少废弃物排放，且同时满足消费者肉质需求，符合不同区域需求特点，国际上通用做法是采用高产高效、遗传上独立的专门化品系选育与杂交体系有机结合形成配套系生产体系[4]。本研究旨在对温氏五元杂交配套系肉猪WS501与华农温氏Ⅰ号四系配套肉猪WS401各阶段生长性能进行比较研究。
1. 材料与方法
1.1 材料
2014年5—11月，新兴育种分公司东成三和测定试验基地，从温氏集团桂粤公司羊头猪场调入五元杂交肉猪幼仔, 命名为WS501，分为A组; 蒲塘二场调入四元杂交肉猪幼仔, 命名为WS401，即原华农温氏Ⅰ号猪配套系HN401，分为B组; 由公司购买广东某大型仔猪企业生产的三元杂交肉猪幼仔, 命名为SH301，分为C组[5]。A和B组仔猪在体重7 kg左右调入，C组仔猪在体重15 kg左右调入。
此外，开展不同配套肉猪性能对比重复试验。WS501五系配套肉猪来源于桂粤公司羊头猪场；WS401(原HN401)四系配套肉猪来源于桂粤公司蒲塘二场；以杜洛克为终端父本的三元杂交肉猪来源于华农温氏英洲分公司，命名为WS301。试验在新兴育种分公司东成试验基地进行，每组各30头(公、母各15头)。
1.2 方法
生长性能测试起始体重为25~30 kg，终测体重分别为100、115和130 kg，以对比测试大体重饲喂效果。屠宰分割分析体重按市场体重为限，约为109~120 kg，每组24头(公、母各半)。
1.2.1 饲养管理
进入料重比测定栏的猪只适应一段时间，平均体重达到25 kg左右时进行始测。重复试验猪只在同批平均体重30 kg左右进行始测，计算各组平均体重。在整个测定阶段，按照养户肉猪的饲养管理要求进行饲喂和管理，保证猪只自由采食，时刻注意猪只的疾病情况。每天记录每组猪只的疾病情况。保证料重比测定系统正常运转，从始到终记录采食量和料重比。
同批次平均体重达到115 kg左右进行终测，测定体重、背膘厚、肌肉厚度、眼肌面积、瘦肉率，评估体长、收腹、肌肉紧凑性、质量等级，统计饲料消耗、料重比、日增重等指标。注意在终测称重前猪只空腹12 h(即当天不管上午还是下午测定，前一天下午下班前料槽里不能有饲料)。重复试验个体在同批平均体重达到100、115和130 kg时，测定体重，计算各组平均体重。
1.2.2 按国标屠宰测定
在平均体重达115 kg时，各组随机选择24头(公、母各半)生长发育正常的猪只，按照《NY/T8252004瘦肉型猪胴体性状测定技术规范》进行分割测定。
1.2.3 按市场屠宰测定
各品种母猪和阉公猪各选4头，每组8头，共24头，按广东市场通常做法进行分割。
1.2.4 测定指标与方法
1) 屠宰前空腹24 h。2)胴体性状：按常规屠宰方法进行分割，保留头、蹄、肾和板油，对胴体称重，计算屠宰率。利用软皮尺测量胴体直长、斜长，用游标卡尺测定眼肌面积。背膘厚、眼肌厚、瘦肉率等利用新西兰胴体分级系统测定。3)肉质性状：取左侧胴体第10~11肋骨处背最长肌，屠宰后利用新西兰胴体分级系统测定肉质等级、颜色、大理石纹及等级、PSE值及等级。利用德国pH计测定pH1h(宰后1 h)、pH24 h(宰后24 h)。利用LF-STAR测定肌肉宰后1 h电导率、宰后24 h电导率。屠宰后24 h利用色差计CR-410测定L (亮度)、a (红度)、b (黄度)值。运用滤纸法、压力仪测定系水力。4)送检保存肉样：每头各采集第10肋眼肌保存样品，以备测定肌内脂肪含量、风味物质和氨基酸组成等。
1.2.5 养户饲养数据收集
收集华南地区温氏养户饲养的WS501、WS401、WS301的上市率、上市重、残次率、料重比、上市日龄等数据。
1.2.6 数据统计
采用SPSS 11.0软件的单因素方差分析方法对试验所得数据进行统计分析。
1.2.7 不同配套系肉猪生产模式
1) 五元杂交配套系肉猪WS501：为(S11×S22)×[W52×(W51×W62)]五元杂交肉猪，终端父本和三系配套母猪命名代码为S122、W352。2)四元杂交配套系肉猪WS401：即原华农温氏Ⅰ号猪配套系肉猪HN401，杂交生产模式为(HN111×HN121)×(HN151×HN161)。3)社会三杂肉猪SH301：来源于广东省某大型仔猪企业，为全美系D×(L×Y)三元杂肉猪。
2. 结果与分析
2.1 生长性能
2.1.1 料肉比测定系统的测定结果
不同配套肉猪在不同体重阶段的生长性能测定结果见表 1。1)30~100 kg：在100 kg体重结束时，WS501长速略快，但是差异不显著(P >0.05)，WS501的30~100 kg料重比分别比WS401、SH301低0.016和0.020，但差异不显著(P >0.05)。2)30~115 kg：115 kg体重结束时，3个组别间生长速度差异不显著(P >0.05)，WS501的30~115 kg料重比分别比WS401、SH301低0.047和0.079，三者之间均差异显著(P < 0.05)。3)30~130 kg：在130 kg体重结束时，3个组别间生长速度几乎没有差异，但WS501的30~130 kg料重比分别比WS401、SH301低0.081和0.115，WS501与WS401差异显著(P < 0.05)、WS501与SH301差异显著(P < 0.05)。4)100~115 kg：从后期来看，WS501与WS401生长速度差异不显著(P >0.05)，与SH301相比生长速度快，差异显著(P < 0.05)。饲料转化率方面，WS501的100~115 kg料重比分别比WS401、SH301低0.165和0.254，差异显著(P < 0.05)。5)100~130 kg: WS501生长速度快，与WS401、SH301差异显著; WS501的100~130 kg料重比比WS401低0.206, 比SH301低0.314，差异均显著(P < 0.05)。
表 1 不同配套肉猪不同体重阶段的生长性能对比结果1)指标 体重阶段 WS501 WS401 SH301 日增重/g 30~100 kg 835.06±88.21 828.84±88.08 820.09±96.87 30~115 kg 838.98±80.85 835.95±77.03 827.55±93.37 30~130 kg 868.67±71.22 865.59±63.07 861.12±82.42 100~115 kg 894.36±78.21a 883.64±87.72ab 866.49±91.47b 100~130 kg 942.54±75.88a 912.98±75.31b 912.85±76.96b 料重比 30~100 kg 2.547±0.256 2.563±0.230 2.567±0.238 30~115 kg 2.667±0.230a 2.714±0.240b 2.746±0.217c 30~130 kg 2.785±0.215a 2.866±0.240c 2.900±0.220b 100~115 kg 3.292±0.4363a 3.457±0.481c 3.546±0.534c 100~130 kg 3.460±0.369a 3.666±0.433c 3.774±0.483c 1)所有项目测定数据均使用SPSS25.0软件单因素方差分析方法对数据进行统计分析，同行数据后不同小写字母表示组间差异显著，没有字母标识的表示组间差异显著(P < 0.05) 2.1.2 人工投料饲养数据
不同配套系肉猪性能重复试验结果(表 2)表明，3个试验组日增重在各阶段(30~100、30~115和30~130 kg)，WS501与WS401接近，略好于WS301。料重比方面，在30~100 kg阶段，WS501分别比WS401和SH301低0.013和0.021；30~115 kg阶段，WS501比WS401和SH301低0.049和0.070；30~130 kg阶段，WS501比WS401、SH301低0.056和0.092。重复试验结果与料重比测定系统测定结果一致，WS501与WS401和SH301相比，料重比在生长后期优势比较明显，在100~115 kg阶段，WS501分别比WS401和SH301低0.253和0.306；100~130 kg阶段，WS501分别比WS401和SH301低0.273和0.322。
表 2 不同配套肉猪生长性能对比重复试验结果1)n =30 体重阶段 日增重/g 料重比 WS501 WS401 WS301 WS501 WS401 WS301 30~100 kg 836.34±89.36 832.71±91.47 824.41±85.57 2.525 2.538 2.546 30~115 kg 841.35±79.55 839.39±84.19 829.01±74.22 2.640 2.689 2.710 30~130 kg 858.10±72.38 852.19±77.35 847.31±70.69 2.743 2.799 2.835 100~115 kg 874.60±73.90 866.31±76.92 861.60±80.15 3.191 3.444 3.497 100~130 kg 939.22±81.01 905.66±71.08 899.50±77.52 3.245 3.518 3.567 1)所有项目测定数据均使用SPSS25.0软件单因素方差分析方法对数据进行统计分析，相同指标、同行数据后没有字母标识的表示组间差异不显著(P >0.05) 2.2 屠宰后胴体肉质
2.2.1 胴体重
由表 3可见，WS501在宰后胴体直长、膘厚、HGP估测瘦肉率方面有优势，但是差异不显著(P >0.05)。华南地区喜食排骨，WS501肉猪配套系肋骨数略优于WS401肉猪。由于在HGP估测瘦肉率方面有优势，如果在未来的屠宰方式下采取胴体按质定价，WS501将具有很强的市场竞争力。
表 3 不同配套肉猪115 kg胴体重对比结果1)n =24 项目 WS401 WS501 SH301 活体重/kg 111.08±2.005 115.93±3.716 112.12±4.831 市场屠宰率/% 85.71±0.011 84.99±0.009 86.09±0.013 国标屠宰率/% 78.19±1.146 77.49±0.985 78.53±1.357 体直长/cm 102.58±2.765 105.41±3.512 104.04±3.219 胴体眼肌面积/cm2 61.51±8.350 64.34±12.270 65.86±9.466 肋骨数 15.04±0.639 15.16±0.352 15.16±0.515 倒数3~4肋间背膘厚/mm 15.16±4.124 12.58±4.240 16.53±4.165 HGP背膘厚/mm 23.95±5.223 21.61±4.749 25.96±6.704 HGP肌厚/mm 60.47±7.398 57.83±11.370 61.87±11.291 HGP瘦肉率/% 53.44±3.280 54.72±3.320 52.23±3.825 1)所有项目测定数据均使用SPSS25.0软件单因素方差分析方法对数据进行统计分析，同行数据后没有字母标识的表示组间差异不显著(P >0.05);国标屠宰率指按照农业行业标准屠宰测定得到的屠宰率，市场屠宰率是按照广东屠宰市场通常做法(保留头与四肢)屠宰测定得到的屠宰率 2.2.2 肉质性状
标准冷却条件肉质性状精确比较结果(表 4)表明，除大理石纹评分SH301与WS401有显著差异外，在颜色、大理石纹等级、PSE值、肉色评分、电导率、系水力等指标各组之间差异不显著(P >0.05)。在标准条件下，24 h内3个组别肌肉pH值均在正常范围内，所有配套组合在标准冷却条件下均无PSE肉现象。
表 4 标准条件下不同配套肉猪肉质对比结果1)n =24 项目 WS401 WS501 SH301 HGP颜色 52.12±4.795 53.54±3.875 51.29±6.443 HGP大理石纹等级 1.21±0.430 1.29±0.450 1.25±0.460 HGP PSE值 61.75±8.722 62.29±9.468 59.75±8.040 肉色评分/分 3.125±0.567 2.98±0.556 3.35±0.824 大理石纹评分/分 1.21±0.430a 1.29±0.443ab 1.37±0.572b L1 h* 46.61±2.061 48.02±2.848 46.53±4.237 a1 h* 15.83±1.301 16.51±1.648 16.23±1.029 b1 h* 3.921±0.772 4.42±0.929 4.16±0.723 L24 h* 52.49±3.208 54.17±3.285 51.89±3.586 a24 h* 15.65±.979 15.35±1.023 15.90±1.021 b24 h* 5.11±0.507 4.73±0.725 4.77±1.225 胴温1 h/℃ 32.83±4.001 32.04±3.560 33.41±4.129 pH1 h 6.31±0.207 6.22±0.274 6.15±0.314 胴温6 h /℃ 22.40±1.094 22.83±1.140 22.27±0.908 pH6 h 10.53±16.546 5.69±0.240 5.81±0.394 胴温24 h /℃ 11.70±4.901 11.52±2.680 11.29±5.161 pH24 h 5.70±0.042 5.71±0.371 5.69±0.453 电导率1 h/(ms·cm-1) 2.78±0.756 3.24±0.711 2.67±0.712 电导率24 h/(ms·cm-1) 3.57±0.578 4.05±2.283 4.03±3.252 系水力/% 89.31±0.052 88.26±0.080 89.61±0.096 1)所有项目测定数据均使用SPSS25.0软件单因素方差分析方法对数据进行统计分析，同行不同字母表示组间差异显著，没有字母标识的表示组间差异不显著(P =0.05) 在模拟市场条件下，各组别的胴温、pH、电导率、大理石纹等指标间差异不显著(P >0.05)，与标准条件下测定结果一致，肉质无明显差异，无PSE肉出现(表 5)。
表 5 模拟市场条件下不同配套肉猪肉质对比结果1)n =8 项目 WS401 WS501 SH301 胴温6 h/℃ 22.41±1.194 22.84±1.140 22.27±0.908 pH6 h 5.92±0.256 5.69±0.231 5.81±0.394 电导率6 h/(ms·cm-1) 3.61±2.177 3.97±2.976 3.72±3.171 肉色6 h/分 2.83±0.821 2.91±0.879 2.84±0.644 大理石纹6 h/分 1.40±0.377 1.56±0.498 1.51±0.417 滤纸评分/分 1.54±0.592 1.88±1.505 1.33±0.593 1)所有项目测定数据均使用SPSS25.0软件单因素方差分析方法对数据进行统计分析，同行数据后没有字母标识的表示组间差异不显著(P >0.05) 2.2.3 分割价值
由表 6可见，WS501分割瘦肉率平均为65.43%，分别比WS401、SH301略高出0.12和0.43个百分点，但差异不显著(P >0.05)。
表 6 不同配套肉猪分割价值对比结果1)n =8 项目 WS401 WS501 SH301 瘦肉率/% 65.31±0.026 65.43±0.020 65.00±0.027 皮脂率/% 22.13±0.025 21.14±0.024 21.98±0.027 骨率/% 11.70±0.013 11.55±0.090 11.91±0.080 1)所有项目测定数据均使用SPSS25.0软件单因素方差分析方法对数据进行统计分析，同行数据后没有字母标识的表示组间差异不显著(P >0.05) 2.3 肉猪适应性与规模化饲养表现
针对温氏不同配套肉猪上市情况进行统计，评估其适应性与规模化饲养表现，结果如表 7。从表 7中可见，3个配套组合中WS501上市率最高，残次率最低，料重比最优，饲养时间最短，表现出良好的适应性和很高的生产效率。在实际生产条件下，按WS501料重比分别比WS401、WS301低0.05和0.07计，每头猪可多赢利15.3和21.4元；按WS501达115 kg日龄比WS401、WS301分别快5和8 d计，每头猪平均每天需要消耗约1.3 kg饲料，可分别节约饲料约6.5和10.4 kg，减少饲料支出约16.9和27.0元，另外还可减少折旧摊销和管理费用。此外，上市率和肉猪适应性未计入经济效益。由此可见，WS501肉猪在115 kg体重上市时，仍可以保持较高的饲料转化率、较快的生长速度，更加适合大体重上市。2013年，农业部种猪质量监督检验测试中心(广州)对100头WS501肉猪测定结果表明，终测体重为106.5 kg±7.0 kg，校正100 kg日龄为147 d±4 d，背膘厚为11.0 mm±1.6 mm，眼肌面积为41.8 cm2± 3.6 cm2，校正眼肌面积51.8 cm2±4.9 cm2，30~100 kg日增重1 004 g±44 g，测定期的饲料转化率为2.12±0.17。
表 7 不同配套肉猪适应性对比结果来源 仔猪数/头 仔猪重/kg 上市数/头 上市率/% 上市体重/kg 残次率/% 料重比 饲养时间/d WS501 11 464 5.69 11 016 96.09 114 2.12 2.43 149 WS401 17 783 6.21 16 539 93.01 112 3.03 2.48 154 SH301 8 363 6.33 8 011 92.28 109 3.05 2.50 151 3. 结论与讨论
3.1 试验条件下性能表现
本试验研究温氏五元杂交猪WS501和华农温氏Ⅰ号猪配套系WS401以及社会纯美系肉猪的生长性能表现差异。由结果看出，3个组别在各阶段的生长速度方面差异不大，WS501到生长后期有优势。在饲料转化率方面，WS501料重比在各生长阶段均有优势。根据遗传杂交理论，配套系涉及的猪品系多、杂交次数多，商品猪群体中杂合子数量越多，后代猪的杂交优势越明显，因此参与配套的品系数量与杂交优势呈正向关联，五元杂交优于四元杂交，四元杂交优于三元杂交[6]。
随着生长期的延长，WS501相比WS401、SH301，越到生长后期，料重比优势越明显。有研究表明，提高肉猪上市体重可以增加养猪收益[7-8]。因此当商品肉猪需要加大上市体重时，WS501肉猪在体重达100 kg之后有更加高效的饲料利用效率，更符合大体重市场的需求。小规模人工饲养重复试验结果与料肉比测定系统试验结果一致。
3.2 其他条件下性能表现
不同的管理方式、饲养规模、营养水平会对商品肉猪生长发育和经济性能表现产生较大的影响[8]。因此，本研究统计了WS501、WS401和SH301在温氏集团合作养殖户的生长表现情况，结果表明WS501在温氏合作养殖户的大群体饲养中，料重比也有优势。在农业部种猪质量监督检测测试中心(广州)检验报告中也显示，WS501料重比在最优条件下30~100 kg体重测定时达2.12。因此，无论检测、试验和大群规模饲养都验证了WS501的料重比优势，即最少有10元以上差异。在试验研究中，从多个来源的仔猪饲养结果看，WS501日增重优于WS401；在大群规模饲养统计中，表现出适应性更好，达110 kg上市体重时，饲养时间约缩短3.5 d，折合管理费达10元左右。因此，WS501肉猪更加适合大体重上市。
3.3 胴体品质与分割价值
在本研究的WS501和WS401的配套组合中，均含有皮特兰猪的血缘，皮特兰猪虽然生长速度快、瘦肉率高，但是存在一定的应激反应，易于出现PSE肉，对生产造成损失[9]。从本研究结果表明，含有皮特兰血缘的WS501和WS401与不含皮特兰血缘的SH301间肉质指标没有显著差异，均无PSE肉出现。WS501肉猪在宰后胴体直长、肋骨数、膘厚、实际眼肌面积和HGP估测瘦肉率方面有优势，在屠宰分割试验中，瘦肉率更高。从遗传杂交角度考虑，可能是由于WS501含有的长白血缘比例高，所以在胴体长和肋骨数方面表现较好；此外，因杂交次数多，杂交优势更加明显，因此在背膘厚、瘦肉率等方面均存在一定优势[6]。需要指出的是，所有组合公母之间皮脂率差异较大，在实际生产中最好按性别分群饲养，以免阉公过肥，影响收益。
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表 1 Plackett-Burman试验参数列表
Table 1 List of Plackett-Burman test parameters
参数水平
Parameter level蔗段泊
松比(X1)
Poisson’s ratio of
sugarcane segment蔗段剪切
模量(X2)
Shear modulus of
sugarcane segment蔗段−蔗段
恢复系数(X3)
Sugarcane segment -
sugarcane segment
restitution coefficient蔗段−蔗段静
摩擦系数(X4)
Sugarcane segment -
sugarcane segment
static friction coefficient蔗段−蔗段滚
动摩擦系数(X5)
Sugarcane segment -
sugarcane segment
rolling friction coefficient蔗段−钢板
恢复系数(X6)
Sugarcane segment -
steel restitution
coefficient蔗段−钢板
静摩擦系数(X7)
Sugarcane segment -
steel static
friction coefficient蔗段−钢板滚
动摩擦系数(X8)
Sugarcane segment-
steel rolling
friction coefficient−1 0.30 3.0 0.30 0.30 0.01 0.20 0.10 0 0 0.34 10.8 0.45 0.55 0.35 0.45 0.35 0.03 1 0.38 18.6 0.60 0.80 0.06 0.70 0.60 0.05 
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表 2 Plackett-Burman试验方案及结果1)
Table 2 Plackett-Burman test scheme and results
序号
No.X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 堆积角/(°)
Repose angle1 1 1 −1 1 1 1 −1 −1 49.39 2 −1 1 1 −1 1 1 1 −1 34.99 3 1 −1 1 1 −1 1 1 1 40.19 4 −1 1 −1 1 1 −1 1 1 48.03 5 −1 −1 1 −1 1 1 −1 1 31.80 6 −1 −1 −1 1 −1 1 1 −1 37.07 7 1 −1 −1 −1 1 −1 1 1 36.45 8 1 1 −1 −1 −1 1 −1 1 28.39 9 1 1 1 −1 −1 −1 1 −1 31.59 10 −1 1 1 1 −1 −1 −1 1 35.83 11 1 −1 1 1 1 −1 −1 −1 48.14 12 −1 −1 −1 −1 −1 −1 −1 −1 26.28 13 0 0 0 0 0 0 0 0 40.02 1) X1、X2分别表示蔗段泊松比和剪切模量；X3~X5分别表示蔗段−蔗段恢复系数、静摩擦系数和滚动摩擦系数；X6~X8分别表示蔗段−钢板恢复系数、静摩擦系数和滚动摩擦系数
1) X1 and X2 are Poisson’s ratio and shear modulus of sugarcane segment; X3−X5 are restitution coefficient, static friction coefficient and rolling friction coefficient of sugarcane segment-sugarcane segment, respectively; X6−X8 are restitution coefficient, static friction coefficient and rolling friction coefficient of sugarcane segment-steel, respectively
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表 3 Plackett-Burman试验参数显著性分析
Table 3 Analysis of significance of parameters in Plackett-Burman test
参数1)
Parameter平方和
Sum of square自由度
Degree of freedomF P2) X1 33.835 1 20.372 0.020* X2 5.727 1 3.448 0.160 X3 0.785 1 0.473 0.541 X4 398.477 1 239.917 0.001** X5 203.775 1 122.690 0.002** X6 1.680 1 1.012 0.389 X7 6.007 1 3.617 0.153 X8 3.819 1 2.300 0.227 1) X1、X2分别表示蔗段泊松比和剪切模量；X3~X5分别表示蔗段−蔗段恢复系数、静摩擦系数和滚动摩擦系数；X6~X8分别表示蔗段−钢板恢复系数、静摩擦系数和滚动摩擦系数；2) “*”“**”分别表示在0.05和0.01水平影响显著
1) X1 and X2 are Poisson’s ratio and shear modulus of sugarcane segment, respectively; X3−X5 are restitution coefficient, static friction coefficient and rolling friction coefficient of sugarcane segment-sugarcane segment, respectively; X6−X8 are restitution coefficient, static friction coefficient and rolling friction coefficient of sugarcane segment-steel, respectively. 2) “*” and “**” indicate significant effects at 0.05 and 0.01 levels respectively
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表 4 最陡爬坡试验方案设计及结果
Table 4 Design scheme and results of the steepest ascent search test
序号
No.蔗段泊松比(X1)
Poisson’s ratio of
sugarcane segment蔗段−蔗段静摩擦系数(X4)
Sugarcane segment-sugarcane
segment static friction coefficient蔗段−蔗段滚动摩擦系数(X5)
Sugarcane segment-sugarcane
segment rolling friction coefficient堆积角/(°)
Repose angle相对误差/%
Relative error1 0.300 0.30 0.01 32.09 24.85 2 0.316 0.40 0.02 34.98 18.08 3 0.332 0.50 0.03 40.36 5.49 4 0.348 0.60 0.04 42.97 0.62 5 0.364 0.70 0.05 43.80 2.56 6 0.380 0.80 0.06 48.32 13.16
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表 5 Box-Behnken试验设计方案及结果1)
Table 5 Box-Behnken test design scheme and results
序号
No.X1 X4 X5 堆积角/(°)
Repose angle1 −1 0 −1 45.41 2 −1 0 1 46.64 3 1 0 −1 41.95 4 1 0 1 43.72 5 −1 −1 0 40.99 6 1 −1 0 39.20 7 −1 1 0 43.90 8 1 1 0 41.33 9 0 −1 −1 41.24 10 0 −1 1 41.91 11 0 1 −1 44.82 12 0 1 1 45.46 13 0 0 0 43.01 14 0 0 0 42.21 15 0 0 0 42.98 1) X1：蔗段泊松比；X4、X5分别表示蔗段−蔗段静摩擦系数和滚动摩擦系数
1) X1: Poisson’s ratio of sugarcane segment; X4 and X5 are static friction coefficient and rolling friction coefficient of sugarcane segment-sugarcane segment, respectively
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表 6 Box-Behnken试验回归模型方差分析
Table 6 Analysis of variance of the Box-Behnken test regression model
方差来源
Source of variance平方和
Sum of square自由度
Degree of freedom均方
Mean squareP1) 模型 Model 55.20 9 6.13 0.0031** X1 14.42 1 14.42 0.0015** X4 18.51 1 18.51 0.0008** X5 2.32 1 2.32 0.0530 X1X4 0.1521 1 0.1521 0.5470 X1X5 0.0729 1 0.0729 0.6736 X4X5 0.0002 1 0.0002 0.9811 X12 0.0863 1 0.0863 0.6472 X42 5.54 1 5.54 0.0114* X52 12.63 1 12.63 0.0020** 残差 Residual 1.82 5 0.3649 失拟项 Lack of fit 1.41 3 0.4710 0.3183 纯误差 Pure error 0.4113 2 0.2056 总和 Sum 57.03 14 1) “*”“**”分别表示在0.05和0.01水平影响显著
1) “*” and “**” indicate significant effects at 0.05 and 0.01 levels，respectively
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