利索能及
我要发布
收藏
专利号: 2023115226404
申请人: 南通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-11-13
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种考虑成熟度的果实脱落预测有限元模型构建方法,其特征在于,具体步骤如下:

步骤1、对于所研究林果作物的柄果系统进行采样,其中,柄果系统由果实、果柄以及与果柄连接的果枝组成;

步骤2、测量所研究柄果系统各部分结构材料参数,建立柄果系统有限元模型;通过软件Solidworks构建果枝‑果柄‑果实三维实体模型,导入软件Hypermesh中选择对应软件LS‑dyna的接口进行前处理,利用LS‑dyna进行显式动力学分析建模;

步骤3、模型由实体单元划分的果枝、果柄和果实三部分组成,三者之间为共节点连接,将果枝与果实设定为刚体,果柄设定为柔性体,果柄的材料被简化设定为弹塑性材料,果柄材料的应力应变曲线通过对果柄进行拉伸测试计算得到;

步骤4、将果柄与果实连接位置处以及与果枝连接位置处的网格单元被设定为分离层,模型中分离层的网格单元均属于果柄部分,分别为果柄的最上层及最下层网格单元;这两个分离层的网格单元的厚度在划分时应尽量小,分离层的网格单元采用LS‑dyna中的Erosion关键字进行控制,设定分离层网格单元失效判据为最大主应力失效,当柄果系统振动模拟过程中分离层网格单元的最大主应力达到所设定的阈值时,对应分离层的网格单元自动删除,实现果实的分离脱落;其中,将柄果系统结合力测试中所得到的两个连接位置处断裂分离时的最大应力,作为模型中两处分离层网格单元最大主应力失效的阈值。

2.根据权利要求1所述的一种考虑成熟度的果实脱落预测有限元模型构建方法,其特征在于,在步骤3中,果柄材料的应力应变曲线的步骤如下:将柄果系统与拉力计连接,其中,与拉力计相连接的上夹具夹紧果枝,限制位移的下夹具夹紧果实,缓慢向上拉动拉力计,直至柄果系统间分离,由电脑记录下拉力计的动态变化曲线,取曲线上最大力值点;

若初始测试分离部位为果枝与果柄连接处,则此最大力值点为果枝与果柄间的结合力;继而测试果柄与果实之间的结合力,若初始测试分离部位为果柄与果实连接处,则此最大力值点为果柄与果实间的结合力;继而测试果枝与果柄之间的结合力,根据果柄上下两个连接位置处的结合力与果柄两端断裂处的横截面积,计算两个连接位置处断裂分离时的最大应力;

其中,最大应力=结合力/横截面积;

果枝与果柄连接位置最大应力=果枝与果柄连接位置结合力/果枝与果柄断裂横截面积;

果柄与果实连接位置最大应力=果柄与果实连接位置结合力/果柄与果实断裂横截面积。

3.根据权利要求2所述的一种考虑成熟度的果实脱落预测有限元模型构建方法,其特征在于,在模型中施加重力环境,设定激励参数,以加速度或位移的方式施加给果枝部分,以此模拟各种激励条件下果实的运动响应,从而预测果实在何种激励条件下能够分离脱落,从而得出最优条件。