基于离散元和响应面法的烟草过滤颗粒参数标定

王君明; 龚元峰; 张作伟; 叶方平

doi:10.3969/j.issn.1000-1158.2026.01.06

PDF(2228 KB)

计量学报 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (1) : 42-48. DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2026.01.06

力学计量

基于离散元和响应面法的烟草过滤颗粒参数标定

作者信息 +

Calibration of Tobacco Filter Particle Parameters Based on Discrete Element and Response Surface Methodology

Author information +

文章历史 +

摘要

为设计和优化烟草过滤颗粒填充设备，需要对过滤颗粒接触参数进行必要的标定。通过密度测量、堆积角试验、碰撞恢复系数标定、静摩擦因素和滚动摩擦因素测试，对颗粒与周围环境之间的相互作用参数进行了标定。采用响应面法优化了颗粒接触模型的参数，并通过离散元仿真验证了参数的准确性。实验结果表明，标定后的颗粒平均粒径为0.98 mm，密度为327.57 kg/m³，堆积角为5.39°，颗粒间的碰撞恢复系数、静摩擦因数和滚动摩擦因数为0.286、0.7、0.202，颗粒与不锈钢板间的碰撞恢复系数、静摩擦因数和滚动摩擦因数为0.7、0.094、0.04。与实际实验数据对比，仿真结果误差较小，验证了所提出标定方法的有效性和可靠性。

Abstract

To design and optimize tobacco filter particle filling equipment， it is essential to calibrate the contact parameters of the filter particles. The interaction parameters between the particles and the surrounding environment were calibrated through density measurements， angle of repose tests， coefficient of restitution calibration， static friction and rolling friction factor tests. The response surface method was used to optimize the parameters of the particle contact model， and the accuracy of these parameters was verified through discrete element simulation. The experimental results show that the calibrated particles have an average diameter of 0.98 mm， a density of 327.57 kg/m³， and an angle of repose of 5.39°. The coefficient of restitution， static friction factor， and rolling friction factor between the particles were 0.286， 0.7， and 0.202， respectively， while the coefficients of restitution， static friction factor， and rolling friction factor between the particles and stainless steel were 0.7， 0.094， and 0.04. Compared with actual experimental data， the simulation results show small errors， validating the effectiveness and reliability of the proposed calibration method.

导出引用

王君明, 龚元峰, 张作伟, 等. 基于离散元和响应面法的烟草过滤颗粒参数标定[J]. 计量学报. 2026, 47(1): 42-48 https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2026.01.06

WANG Junming, GONG Yuanfeng, ZHANG Zuowei, et al. Calibration of Tobacco Filter Particle Parameters Based on Discrete Element and Response Surface Methodology[J]. Acta Metrologica Sinica. 2026, 47(1): 42-48 https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2026.01.06

中图分类号： TB933

参考文献

列表( 原文顺序 | 文献年度倒序 | 文中引用次数倒序 ) 可视化分析

[1]	陈超云，文慧卿，梁艳争. 基于离散元法的颗粒压实特性研究［J］. 计量学报， 2023， 44（6）： 917-922. CHEN C Y， WEN H Q， LIANG Y Z. Study on Compaction Characteristics of Particle Based on Discrete Element Method［J］. Acta Metrologica Sinica， 2023， 44（6）： 917-922. 本文引用 [1]

[2]

张荣芳，焦伟，周纪磊，等. 不同填充颗粒半径水稻种子离散元模型参数标定［J］.农业机械学报， 2020， 51（S1）： 227-235.

ZHANG

R F

， JIAO

， ZHOU

J L

， et al. Parameter Calibration and Experiment of Rice Seeds Discrete Element Model with Different Filling Particle Radius［J］. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery， 2020， 51（s1）： 227-235.

本文引用 [1]

[3]	王韦韦，蔡丹艳，谢进杰，等. 玉米秸秆粉料致密成型离散元模型参数标定［J］. 农业机械学报， 2021， 52（03）： 127-134. WANG W W， CAI D Y， XIE J J， et al. Parameters Calibration of Discrete Element Model for Corn Stalk Powder Compression Simulation［J］. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery， 2021， 52（3）： 127-134.

[4]	田辛亮，丛旭，齐江涛，等. 黑土区玉米秸秆-土壤混料离散元模型参数标定［J］. 农业机械学报， 2021， 52（10）： 100-108. TIAN X L， CONG X， QI J T， et al. Parameter Calibration of Discrete Element Model for Corn Straw-Soil Mixture in Black Soil Areas［J］. Transactions of the Chinese society for Agricultural Machinery， 2021， 52（10）： 100-108.

[5]	刘瑞，李衍军，刘忠军，等. 包衣玉米种子离散元参数分析与标定［J］. 农业机械学报， 2021， 52（S1）： 1-8. LIU R， LI Y J， LIU Z J， et al. Analysis and Calibration of Discrete Element Parameters of Coated Maize Seed［J］. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery， 2021， 52（S0）： 1-8.

[6]	曾智伟，马旭，曹秀龙，等. 离散元法在农业工程研究中的应用现状和展望［J］. 农业机械学报， 2021， 52（04）： 1-20. ZENG Z W， MA X， CAO X L， et al. Critical Review of Applications of Discrete Element Method in Agricultural Engineering［J］. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery， 2021， 52（4）：1-20.

[7]	张国忠，陈立明，刘浩蓬，等. 荸荠离散元仿真参数标定与试验［J］. 农业工程学报， 2022， 38（11）： 41-50. ZHANG G Z， CHEN L M， LIU H P， et al. Calibration and experiments of the discrete element simulation parameters for water chestnut［J］. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering， 2022， 38（11）： 41-50.

[8]	LI Y Y， FAN J L， HU Z C， et al. Calibration of Discrete Element Model Parameters of Soil around Tubers during Potato Harvesting Period［J］. Agriculture， 2022， 12（9）.

[9]	QIU Y Q， GUO Z J， JIN X， et al. Calibration and Verification Test of Cinnamon Soil Simulation Parameters Based on Discrete Element Method［J］. Agriculture， 2022， 12（8）. 本文引用 [1]

[10]

彭飞，王红英，方芳，等. 基于注入截面法的颗粒饲料离散元模型参数标定［J］. 农业机械学报， 2018， 49（4）： 140-147.

PENG

， WANG

H Y

， FANG

， et al. Calibration of Discrete Element Model Parameters for Pellet Feed Based on Injected Section Method［J］. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery， 2018， 49（4）： 140-147.

本文引用 [1]

[11]	牛智有，孔宪锐，沈柏胜，等. 颗粒饲料破损离散元仿真参数标定［J］. 农业机械学报， 2022， 53（7）： 132-140. NIU Z Y， KONG X R， SHEN B S， et al. Parameters Calibration of Discrete Element Simulation for Pellet Feed Attrition［J］. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery， 2022， 53（7）： 132-140. 本文引用 [1]

[12]

李永祥，李飞翔，徐雪萌，等. 基于颗粒缩放的小麦粉离散元参数标定［J］. 农业工程学报， 2019， 35（16）： 320-327.

Y X

， LI

F X

， XU

X M

， et al. Parameter calibration of wheat flour for discrete element method simulation based on particle scaling［J］. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering， 2019， 35（16）： 320-327.

本文引用 [1]

[13]	闫宏伟，刘翼，李健，等. 基于EDEM的煤粉制样装置筛分性能仿真与试验［J］. 武汉大学学报， 2021， 54（7）：658-667. YAN H W， LIU Y， LI J， et al. Simulation and experiment of screening performance of pulverized coal sample device based on EDEM［J］. Engineering Journal of Wuhan University， 2021， 54（7）： 658-667.

[14]	邹洋，汤佟，高自成，等. 基于颗粒缩放理论的生石灰粉离散元参数标定［J］. 中国粉体技术， 2023，29（2）： 81-91. ZUO Y， TANG T， GAO Z C， et al. Discrete element parameter calibration of quicklime powder based on particle scaling theory［J］. China Powder Science and Technology， 2023，29（2）： 81-91. 本文引用 [1]

[15]	梅潇，吴苇荣，刘祥伟. 颗粒缩放理论标定未筛选烟煤离散元仿真参数［J］. 中国粉体技术， 2024， 30（2）： 67-81. MEI X， WU W R， LIU X W. Discrete elemental simulation parameters of unscreened bituminous coal calibrated by particle scaling theory［J］. China Powder Science and Technology， 2024， 30（2）： 67-81. 本文引用 [1]

[16]	杨摄，郑明军，吴文江，等. 基于离散元的风沙沙粒物理特性参数标定［J］.石家庄铁道大学学报， 2021， 34（1）： 49-57. YANG S， ZHENG M J， WU W J， et al. Calibration of Physical Characteristics of Wind Sand Particles Based on Discrete Element Method［J］. Journal of Shijiazhuang Tiedao University， 2021， 34（1）： 49-57. 本文引用 [2]

[17]

张喜瑞，胡旭航，刘俊孝，等. 香蕉秸秆离散元仿真粘结模型参数标定与试验［J］. 农业机械学报， 2023， 54（5）： 121-130.

ZHANG

X R

， HU

X H

， LIU

J X

， et al. Calibration and Verification of Bonding Parameters of Banana Straw Simulation Model Based on Discrete Element Method［J］. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery， 2023， 54（5）： 121-130.

本文引用 [1]

[18]	胡国明. 颗粒系统的离散元素法分析仿真［M］. 武汉：武汉理工出版社， 2010. 本文引用 [1]

[19]

郝建军，龙思放，李建昌，等. 麻山药种植田沙壤土流动性离散元模型颗粒放尺效应［J］. 农业工程学报， 2020， 36（21）： 56-64.

HAO

J J

， LONG

S F

， LI

J C

， et al. Effect of granular ruler in discrete element model of sandy loam fluidity in Ma yam planting field［J］. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering， 2020， 36（21）： 56-64.

本文引用 [1]

[20]	徐效伟，魏海，颜建春，等. 花生荚果离散元仿真参数标定［J］. 中国农机化学报， 2022， 43（11）： 81-89. XU X W， WEI H， YAN JI C， et al. Parameter calibration of peanut pods discrete element simulation［J］. Journal of Chinese Agricultural Mechanization， 2022， 43（11）： 81-89. 本文引用 [1]