Фізико-математична модель щільної випадкової упаковки насіння олійних культур
DOI:
https://doi.org/10.32515/2414-3820.2025.55.148-162Ключові слова:
сипкі матеріали, насіння, олійні культури, гірчиця, випадкова упаковка, фізико-механічні властивості, моделювання, метод дискретних елементів, стиск, пружність, модель Герца-МіндлінаАнотація
У роботі запропоновано чисельну DEM-модель щільного випадкового укладання насіння гірчиці в циліндричному об’ємі. Досліджено процес осідання сферичних частинок під дією сили тяжіння з урахуванням міжчастинкових взаємодій: контактних сил, тертя, прокочування та відскоку. Для опису контактів застосовано нелінійну модель Герца–Міндліна, що забезпечує адекватне відтворення реальних процесів засипання та ущільнення сипких матеріалів.
Посилання
Список літератури
1. Zhao Z., Wu M., Jiang X. A review of contact models’ properties for discrete element simulation in agricultural engineering. Agriculture. 2024. Vol. 14. № 2. Art. 238. DOI: https://doi.org/10.3390/agriculture14020238
2. Ma Z., Jia M., Liu J., Xu W. Microstructural characterization of DEM-based random packings of cubic particles: Influence of particle shape. Journal of Chemical Physics. 2024. Vol. 160. Art. 164901. DOI: https://doi.org/10.1063/5.0172545
3. Singh A.P., Angelidakis V., Pöschel T., Roy S. Shear zones in granular mixtures of hard and soft particles with high and low friction. Soft Matter. 2024. Vol. 20. № 1. P. 192–204. DOI: https://doi.org/10.1039/d3sm01159a
4. Singh V., Moses S.C., Noor Alam R., Dsouza P. Investigation of physical and frictional properties of mustard seed varieties to design inclined plate metering mechanism. International Journal of Environment and Climate Change. 2023. Vol. 13. № 11. P. 1392–1399.
5. Li H., Wang X., Ma X. Measurement and analysis of physical and mechanical properties of rapeseed. Processes. 2021. Vol. 9. Art. 1394. DOI: https://doi.org/10.3390/pr9071394
6. Ropelewska E., Jankowski K.J., Zapotoczny P., Bogucka B. Thermophysical and chemical properties of seeds of traditional and double low cultivars of white mustard. Zemdirbyste-Agriculture. 2018. Vol. 105. № 3. P. 257–264. DOI: https://doi.org/10.13080/z-a.2018.105.033
7. Horabik J., Molenda M. Parameters and contact models for DEM simulations of agricultural granular materials: A review. Biosystems Engineering. 2016. Vol. 147. P. 206–225.
8. Zhao H., Huang Y., Liu Z., Liu W., Zheng Z. Applications of discrete element method in the research of agricultural machinery: a review. Agriculture. 2021. Vol. 11. № 5. Art. 425. DOI: https://doi.org/10.3390/agriculture11050425
9. Maraveas C., Tsigkas N., Bartzanas T. Agricultural processes simulation using discrete element method: a review. Computers and Electronics in Agriculture. 2025. Vol. 237. Art. 110733. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compag.2025.110733
10. Tian Y., Zeng Z., Xing Y. A review of discrete element method applications in soil–plant interactions: challenges and opportunities. Agriculture. 2024. Vol. 14. № 9. Art. 1486. DOI: https://doi.org/10.3390/agriculture14091486
11. Pournale R., Koh T.J. Advances in DEM modeling of agricultural materials. Powder Technology. 2019. Vol. 349. P. 1–15.
12. Makwana K., Patel A., Singh S. Discrete element method in modelling grain flow: recent advances. Powder Technology. 2021. Vol. 393. P. 354–366.
13. Nyagah E.K., Jusoh M., Bashir A. Simulation of granular seed flow: DEM approach. Powder Technology. 2020. Vol. 377. P. 255–263.
14. Koshy T.B., Borzooei S., Molenda M. DEM simulation of seed metering: a review. Agricultural Engineering International: CIGR Journal. 2019. Vol. 21. № 3. P. 78–91.
15. Sahu S., Kumar S., Prasad S. Modelling granular agro-materials by discrete element method. Journal of Biosystems Engineering. 2022. Vol. 47. № 2. P. 125–137.
16. Modi V., Singh S., Pal K.K. DEM modelling of grain–machine interaction. Transactions of the ASABE. 2019. Vol. 62. № 4. P. 999–1008.
17. Huang W., Duan R., Zhang M. Discrete element modeling for cereal seeds: theory and practice. International Agrophysics. 2020. Vol. 34. № 3. P. 201–218.
18. Xie Q., Liu G., Wang L. DEM simulation of seed sowing processes. Journal of Agricultural Mechanization Research. 2018. Vol. 40. P. 140–148.
19. Zhang T., Wang F., Tao Y. Characterization of granular seed beds using DEM. Computational Materials Science. 2022. Vol. 210. Art. 111232.
20. Gao F., Liu Y., Zhang J. Numerical study of spherical particle packing in silos. Powder Science and Technology. 2018. Vol. 36. № 9. P. 891–902.
References
1. Gao, F., Liu, Y., & Zhang, J. (2018). Numerical study of spherical particle packing in silos. Powder Science and Technology, 36(9), 891–902.
2. Horabik, J., & Molenda, M. (2016). Parameters and contact models for DEM simulations of agricultural granular materials: A review. Biosystems Engineering, 147, 206–225.
3. Huang, W., Duan, R., & Zhang, M. (2020). Discrete element modeling for cereal seeds: Theory and practice. International Agrophysics, 34(3), 201–218.
4. Koshy, T. B., Borzooei, S., & Molenda, M. (2019). DEM simulation of seed metering: A review. Agricultural Engineering International: CIGR Journal, 21(3), 78–91.
5. Li, H., Wang, X., & Ma, X. (2021). Measurement and analysis of physical and mechanical properties of rapeseed. Processes, 9, 1394. https://doi.org/10.3390/pr9071394
6. Ma, Z., Jia, M., Liu, J., & Xu, W. (2024). Microstructural characterization of DEM-based random packings of cubic particles: Influence of particle shape. Journal of Chemical Physics, 160, 164901. https://doi.org/10.1063/5.0172545
7. Makwana, K., Patel, A., & Singh, S. (2021). Discrete element method in modelling grain flow: Recent advances. Powder Technology, 393, 354–366.
8. Maraveas, C., Tsigkas, N., & Bartzanas, T. (2025). Agricultural processes simulation using discrete element method: A review. Computers and Electronics in Agriculture, 237, 110733. https://doi.org/10.1016/j.compag.2025.110733
9. Modi, V., Singh, S., & Pal, K. K. (2019). DEM modelling of grain–machine interaction. Transactions of the ASABE, 62(4), 999–1008.
10. Nyagah, E. K., Jusoh, M., & Bashir, A. (2020). Simulation of granular seed flow: DEM approach. Powder Technology, 377, 255–263.
11. Pournale, R., & Koh, T. J. (2019). Advances in DEM modeling of agricultural materials. Powder Technology, 349, 1–15.
12. Ropelewska, E., Jankowski, K. J., Zapotoczny, P., & Bogucka, B. (2018). Thermophysical and chemical properties of seeds of traditional and double low cultivars of white mustard. Zemdirbyste-Agriculture, 105(3), 257–264. https://doi.org/10.13080/z-a.2018.105.033
13. Sahu, S., Kumar, S., & Prasad, S. (2022). Modelling granular agro-materials by discrete element method. Journal of Biosystems Engineering, 47(2), 125–137.
14. Singh, A. P., Angelidakis, V., Pöschel, T., & Roy, S. (2024). Shear zones in granular mixtures of hard and soft particles with high and low friction. Soft Matter, 20(1), 192–204. https://doi.org/10.1039/d3sm01159a
15. Singh, V., Moses, S. C., Noor Alam, R., & Dsouza, P. (2023). Investigation of physical and frictional properties of mustard seed varieties to design inclined plate metering mechanism. International Journal of Environment and Climate Change, 13(11), 1392–1399.
16. Tian, Y., Zeng, Z., & Xing, Y. (2024). A review of discrete element method applications in soil–plant interactions: Challenges and opportunities. Agriculture, 14(9), 1486. https://doi.org/10.3390/agriculture14091486
17. Xie, Q., Liu, G., & Wang, L. (2018). DEM simulation of seed sowing processes. Journal of Agricultural Mechanization Research, 40, 140–148.
18. Zhang, T., Wang, F., & Tao, Y. (2022). Characterization of granular seed beds using DEM. Computational Materials Science, 210, 111232.
19. Zhao, H., Huang, Y., Liu, Z., Liu, W., & Zheng, Z. (2021). Applications of discrete element method in the research of agricultural machinery: A review. Agriculture, 11(5), 425. https://doi.org/10.3390/agriculture11050425
20. Zhao, Z., Wu, M., & Jiang, X. (2024). A review of contact models’ properties for discrete element simulation in agricultural engineering. Agriculture, 14(2), 238. https://doi.org/10.3390/agriculture14020238
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 О. Д. Онопрієнко, Е. Б. Алієв, В. Б. Говоруха
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
ISSN 
ISSN 
