基于Hertz-Mindlin模型的稻草秸秆参数标定及显著性分析

稻草秸秆具有环保无污染、绿色可再生、丰富易获得等优点,近年来逐渐发展为一种环保建筑材料,如稻草—混凝土复合砌块.为了准确获取制作稻草—混凝土复合砌块过程中稻草秸秆在钢模具内的接触参数大小,本文设计了稻草秸秆堆积室内试验,在此基础上采用Hertz-Mindlin(no slip)接触模型建立了稻草秸秆离散元模型,实现了稻草秸秆堆积过程与形态的模拟仿真.进一步通过设计Plackett-Burman试验、最陡爬坡试验、Box-Behnken试验对接触参数进行显著性分析,建立了休止角与显著性接触参数的二次多项式回归模型,并以物理试验测定的休止角作为响应目标,对显著性接触参数寻优标定.研究结果表明:稻草秸秆与稻草秸秆的静摩擦系数为0.43,滚动摩擦系数为0.24,碰撞恢复系数为0.28;稻草秸秆与钢板的静摩擦系数为0.20,滚动摩擦系数为0.15,碰撞恢复系数为0.30.其中,稻草秸秆与钢板的静摩擦系数、稻草秸秆与稻草秸秆的静摩擦系数、稻草秸秆与稻草秸秆的滚动摩擦系数对休止角影响最显著,而其余接触参数对休止角无显著性影响.结合物理试验将优化标定的接触参数进行仿真对比,表明仿真休止角与实测休止角无显著性差异,其相对误差仅为0.75％,验证了接触参数标定的准确性.研究成果可为进一步探究稻草秸秆在钢模具中的分布成型特征提供重要参考.