不同含水率羊糞離散元參數(shù)通用標(biāo)定方法研究

朱新華 伏勝康 李旭東 魏玉強(qiáng) 趙 偉

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)機(jī)械與電子工程學(xué)院， 陜西楊凌 712100； 2.四川航天職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 成都 610100)

0 引言

糞肥施肥體量大、工費(fèi)高，而高效的施肥機(jī)械較為缺乏。目前，借助離散元法分析肥料顆粒間及肥料與裝置間復(fù)雜的相互作用已成為施肥機(jī)械設(shè)計(jì)、優(yōu)化的重要手段，可節(jié)約研發(fā)成本、縮短周期，提高裝置性能[1-4]。離散元法的應(yīng)用以準(zhǔn)確的離散元參數(shù)為前提[5-6]，快速準(zhǔn)確標(biāo)定離散元仿真參數(shù)是其在農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵[7]。羊糞是我國(guó)北方來(lái)源廣、抗生素等污染小的有機(jī)肥源，其有機(jī)質(zhì)含量高達(dá)40%～65%[8]，高于牛糞、馬糞、豬糞和雞鴨鵝等糞肥[9]，在實(shí)際生產(chǎn)中受到重視，但腐熟羊糞的離散元參數(shù)標(biāo)定尚未見(jiàn)報(bào)道。當(dāng)前，糞肥離散元參數(shù)主要采用虛擬標(biāo)定試驗(yàn)獲得[10-11]，但這些研究所構(gòu)建的標(biāo)定方法存在通用性和實(shí)用性不足的問(wèn)題。

國(guó)外學(xué)者以液態(tài)有機(jī)肥流體特性的研究為主，而對(duì)固態(tài)粘濕有機(jī)肥離散元參數(shù)標(biāo)定方法的研究尚未見(jiàn)報(bào)道[7]。國(guó)內(nèi)學(xué)者基于堆積角試驗(yàn)對(duì)有機(jī)肥離散元參數(shù)標(biāo)定的研究較多[12-13]，這些研究表明運(yùn)用堆積角試驗(yàn)標(biāo)定糞肥離散元參數(shù)能得到較為準(zhǔn)確的結(jié)果。但上述研究均針對(duì)特定含水率下的糞肥進(jìn)行研究，而實(shí)際糞肥的含水率范圍較大，因此，該方法的通用性不足[7]。物料的離散元參數(shù)受含水率影響較大，特定含水率下標(biāo)定的離散元參數(shù)不能真實(shí)反映其它含水率的糞肥與機(jī)械之間的作用規(guī)律。

基于堆積角試驗(yàn)，羅帥等[14]對(duì)不同含水率的蚯蚓糞基質(zhì)離散元參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，建立了堆積角與離散元參數(shù)的關(guān)系模型；在含水率40%～85%范圍內(nèi)，王黎明等[15]探索了通過(guò)堆積角快速標(biāo)定豬糞離散元參數(shù)的方法。盡管上述研究考慮了含水率對(duì)糞肥離散元參數(shù)的影響，提高了堆積角-離散元參數(shù)模型和標(biāo)定方法的通用性，但存在以下不足：糞肥堆積角測(cè)量的偶然誤差大，必須多次測(cè)量，且糞肥堆積操作不便，以堆積角-離散元參數(shù)模型預(yù)測(cè)糞肥離散元參數(shù)，實(shí)用性不足；研究中僅建立單一的肥料顆粒模型，與實(shí)際肥料的粒度分布差異較大[7]，且對(duì)所建模型的準(zhǔn)確性缺少工程性驗(yàn)證(即用另外一種試驗(yàn)方法驗(yàn)證)，所得離散元參數(shù)可靠性不足。

因此，針對(duì)不同含水率下畜禽糞肥的離散元參數(shù)快速標(biāo)定方法通用性和實(shí)用性不足的問(wèn)題，本文以含水率為31.91%～58.48%的腐熟羊糞為研究對(duì)象，通過(guò)圓筒提升法[16]建立糞肥的含水率-堆積角模型；以堆積角為響應(yīng)值，通過(guò)Plackett-Burman試驗(yàn)、爬坡試驗(yàn)和Box-Behnken試驗(yàn)建立堆積角-離散元參數(shù)模型；進(jìn)而經(jīng)推導(dǎo)建立羊糞含水率-離散元參數(shù)模型，并運(yùn)用抽板法[16]進(jìn)行工程性驗(yàn)證，以期構(gòu)建一種通用性和實(shí)用性強(qiáng)的羊糞離散元參數(shù)標(biāo)定方法。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與粒度分布

腐熟羊糞取自陜西省楊凌區(qū)西北農(nóng)林科技大學(xué)第三試驗(yàn)站，原始含水率46.81%，密度0.47 g/cm3。在腐熟糞肥通常含水率范圍(30%～60%)[17-19]內(nèi)通過(guò)自然風(fēng)干法和添加純凈水的方法配制5個(gè)含水率梯度，計(jì)算方法為[14]

(1)

式中ms——配制樣品的加水質(zhì)量，kg

m0——樣品質(zhì)量，kg

ω0——原始含水率，%

ω1——配制樣品的目標(biāo)含水率，%

每次堆積角測(cè)量的同時(shí)，均取一定量羊糞樣品通過(guò)烘干法測(cè)量其含水率，測(cè)得供堆積角試驗(yàn)的5個(gè)含水率依次為：31.91%、39.33%、46.81%、53.32%和58.48%，如圖1所示。取300 g原始含水率下的羊糞樣本，利用振動(dòng)篩(ZFJ-Ⅱ型，浙江省上虞市大亨橋化驗(yàn)儀器廠)對(duì)其篩分，分析其粒徑分布(表1)。

表1 羊糞粒徑分布Tab.1 Particle size distribution of goat manure

圖1 不同含水率的羊糞試樣Fig.1 Samples of goat manure with different moisture contents

1.2 羊糞堆積角試驗(yàn)及含水率-堆積角模型構(gòu)建

采用圓筒提升法測(cè)定羊糞堆積角[16]。圖2為試驗(yàn)裝置，由電動(dòng)式拉力試驗(yàn)機(jī)(HSV型)、圓筒(內(nèi)徑100 mm、長(zhǎng)300 mm)和平臺(tái)組成[16,20]。圓筒和平臺(tái)均為鋼材，圓筒直立于平臺(tái)上。試驗(yàn)前在圓筒內(nèi)填滿羊糞，試驗(yàn)時(shí)通過(guò)拉力試驗(yàn)機(jī)以20 mm/s的速度提升圓筒[16]，使羊糞自圓筒下端漏出，形成肥堆，如圖3所示。用數(shù)顯傾角儀從肥堆的4個(gè)不同方向測(cè)量堆積角。以相同的方法依次對(duì)5種含水率羊糞進(jìn)行堆積角測(cè)量，每組試驗(yàn)重復(fù)5次，結(jié)果取平均值。

圖2 圓筒提升法堆積角測(cè)試裝置Fig.2 Cylinder lifting resting angle tester1.拉力試驗(yàn)機(jī) 2.圓筒 3.平臺(tái)

圖3 堆積角測(cè)量Fig.3 Measurement of resting angle

基于測(cè)量結(jié)果，建立羊糞含水率-堆積角模型，并分析其相關(guān)性。

1.3 羊糞離散元模型構(gòu)建

(1)接觸模型。羊糞流動(dòng)性差，顆粒間存在粘附力，故采用Hertz-Mindlin with JKR模型[21-22](簡(jiǎn)稱(chēng)JKR模型)。該接觸模型內(nèi)置于EDEM(2018，EDEM Solutions)軟件中，是一種能體現(xiàn)顆粒粘結(jié)性的接觸模型，模型基于Johnson-Kendall-Roberts理論建立，在Hertz-Mindlin接觸模型的基礎(chǔ)上考慮了接觸區(qū)域內(nèi)范德華力對(duì)顆粒運(yùn)動(dòng)的影響，適用于模擬干粉狀物料或含濕顆粒，并通過(guò)數(shù)值surface energy表征顆粒間的粘附力，可較好地模擬羊糞。

(2)顆粒粒徑分布及材料本征參數(shù)。根據(jù)測(cè)定的羊糞粒徑分布，同時(shí)考慮合理簡(jiǎn)化模型，在EDEM仿真中以球形顆粒模擬羊糞，顆粒粒徑設(shè)置4種，分布如圖4所示。

圖4 羊糞顆粒模型Fig.4 Particle models of goat manure

羊糞和鋼材的本征參數(shù)如表2所示。

表2 羊糞和鋼材的本征參數(shù)Tab.2 Intrinsic parameters of goat manure and steel material

(3)接觸參數(shù)和JKR模型參數(shù)。結(jié)合EDEM通用顆粒材料數(shù)據(jù)庫(kù)(Generic EDEM material model database，GEMM數(shù)據(jù)庫(kù))，根據(jù)羊糞、鋼材的本征參數(shù)及文獻(xiàn)[10-11,13-14,16]的推薦值，確定接觸參數(shù)及JKR模型參數(shù)取值范圍如表3所示。

表3 羊糞與鋼材接觸參數(shù)和JKR模型參數(shù)范圍Tab.3 Contact parameters and JKR model parameter range of goat manure and steel material

1.4 羊糞離散元參數(shù)標(biāo)定及堆積角-離散元參數(shù)模型構(gòu)建

1.4.1羊糞堆積角仿真方法

仿真過(guò)程設(shè)置與物理試驗(yàn)一致。設(shè)置圓筒提升速度20 mm/s，生成羊糞顆?？傎|(zhì)量3 kg，生成速度0.2 kg/s，仿真固定時(shí)間步長(zhǎng)為Rayleigh時(shí)間步長(zhǎng)的20%，為7.4×10-6s，數(shù)據(jù)保存時(shí)間間隔為0.05 s，網(wǎng)格大小為1.5 mm，仿真總時(shí)長(zhǎng)為15 s。仿真幾何模型及堆積角測(cè)量如圖5所示，運(yùn)用EDEM后處理Clipping模塊在坐標(biāo)為(1，0，0)和(0，1，0)羊糞堆中垂面處設(shè)置Clipping Planes Group截面，運(yùn)用Tools模塊中的量角器Protractor，依次選定Clipping Planes Group截面上羊糞堆單側(cè)的斜邊、夾角和水平底面線上的3個(gè)羊糞顆粒作為堆積角R1的3個(gè)點(diǎn)，獲得堆積角數(shù)值。

圖5 圓筒提升法仿真Fig.5 Simulation of cylinder lifting method

1.4.2羊糞堆積角-離散元參數(shù)模型構(gòu)建

應(yīng)用Design-Expert 8.0(STAT-EASE)軟件設(shè)計(jì)Plackett-Burman(PBD)試驗(yàn)，以堆積角為響應(yīng)值，從羊糞的密度、泊松比、剪切模量以及表3所示的接觸參數(shù)和JKR模型參數(shù)共10個(gè)參數(shù)中篩選對(duì)堆積角影響顯著的離散元參數(shù)。各參數(shù)取高、中、低3個(gè)水平，分別以編碼1、0和-1表示，如表4所示，試驗(yàn)方案及結(jié)果見(jiàn)2.2節(jié)。

表4 Plackett-Burman試驗(yàn)因素編碼Tab.4 Factors and levels of Plackett-Burman test

為縮小參數(shù)范圍并確定最優(yōu)區(qū)間，針對(duì)顯著性參數(shù)設(shè)計(jì)爬坡試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)，非顯著性參數(shù)取中間水平值，顯著性參數(shù)按照設(shè)計(jì)的步長(zhǎng)逐步增大，將仿真堆積角與中間水平含水率(46.81%)羊糞物理試驗(yàn)堆積角(41.00°)相對(duì)誤差最小時(shí)的參數(shù)作為顯著性參數(shù)最優(yōu)區(qū)間的中間水平值，以確定最優(yōu)取值區(qū)間。爬坡試驗(yàn)方案及結(jié)果見(jiàn)2.3節(jié)。

基于爬坡試驗(yàn)確定的離散元參數(shù)最優(yōu)區(qū)間設(shè)計(jì)Box-Behnken試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行模型優(yōu)化，以建立堆積角與顯著性參數(shù)的關(guān)系模型。采用3個(gè)中心點(diǎn)進(jìn)行誤差估計(jì)，共15組試驗(yàn)，每組試驗(yàn)重復(fù)3次，取堆積角平均值作為試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)中各顯著性參數(shù)取爬坡試驗(yàn)優(yōu)化后的高、中、低3個(gè)水平，分別以編碼1、0和-1表示，非顯著性參數(shù)取值同爬坡試驗(yàn)一致，試驗(yàn)方案及結(jié)果見(jiàn)2.4節(jié)。

以5個(gè)含水率下羊糞物理試驗(yàn)堆積角為目標(biāo)，對(duì)Box-Behnken試驗(yàn)得到的堆積角-離散元參數(shù)模型求解尋優(yōu)得到離散元參數(shù)的最優(yōu)組合?；陔x散元參數(shù)最優(yōu)組合(非顯著性參數(shù)取值同爬坡試驗(yàn)一致)，運(yùn)用EDEM進(jìn)行仿真并測(cè)量其堆積角，對(duì)比仿真堆積角與物理試驗(yàn)堆積角以驗(yàn)證堆積角-離散元參數(shù)模型的準(zhǔn)確性。

1.5 羊糞含水率-離散元參數(shù)模型建立及工程性驗(yàn)證試驗(yàn)

通過(guò)堆積角-離散元參數(shù)模型能夠推測(cè)離散元參數(shù)，但糞肥堆積角測(cè)量誤差大、過(guò)程繁瑣，而含水率測(cè)量精度高、簡(jiǎn)便。因此，基于羊糞含水率-堆積角模型和羊糞堆積角-離散元參數(shù)模型推導(dǎo)，建立羊糞含水率-離散元參數(shù)模型，以構(gòu)建通用性和實(shí)用性好、準(zhǔn)確度高的離散元參數(shù)標(biāo)定方法。

為評(píng)價(jià)基于圓筒提升法建立的含水率-離散元參數(shù)模型的可靠性，通過(guò)另外一種堆積角試驗(yàn)方法——抽板法[17, 20]對(duì)模型進(jìn)行工程性驗(yàn)證。驗(yàn)證過(guò)程中，仿真與物理試驗(yàn)方法一致，圖6為基于抽板法的堆積角仿真與物理驗(yàn)證試驗(yàn)。

圖6 基于抽板法的堆積角仿真與物理驗(yàn)證試驗(yàn)Fig.6 Resting angle simulation and physical verification test based on side plate lifting method

在含水率31.91%～58.48%范圍內(nèi)隨機(jī)配制3個(gè)不同含水率的羊糞，并分別測(cè)量其物理試驗(yàn)堆積角；根據(jù)推導(dǎo)出的含水率-離散元參數(shù)模型求解，得到3個(gè)含水率下的羊糞離散元參數(shù)最優(yōu)組合；以離散元參數(shù)最優(yōu)組合進(jìn)行仿真，分別得到仿真堆積角。對(duì)比物理試驗(yàn)堆積角與仿真堆積角以驗(yàn)證羊糞含水率-離散元參數(shù)模型的準(zhǔn)確性。每組試驗(yàn)重復(fù)5次，結(jié)果取平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 含水率-堆積角模型構(gòu)建物理試驗(yàn)測(cè)定的不同含水率羊糞樣本的堆積角如表5所示。

表5 不同含水率羊糞的堆積角Tab.5 Resting angle of goat manure with different moisture contents

根據(jù)表5，以羊糞樣本的含水率與堆積角擬合多項(xiàng)式，得到含水率-堆積角模型

R1=0.005 5x2-0.202 2x+38.329

(2)

式中x——羊糞含水率，%

模型相關(guān)系數(shù)達(dá)0.999 9，擬合曲線如圖7所示。在含水率31.91%～58.48%范圍內(nèi)，羊糞堆積角隨含水率升高而增大。羊糞屬于散粒體物料，隨著含水率的增大，羊糞顆粒間的粘度增大，流動(dòng)性變差，故其堆積角變大。

圖7 羊糞含水率與堆積角關(guān)系曲線Fig.7 Relationship curve between moisture content and resting angle of goat manure

2.2 顯著性參數(shù)篩選結(jié)果與分析

基于Design-Expert 8.0軟件設(shè)計(jì)PBD試驗(yàn)，試驗(yàn)方案與結(jié)果如表6所示，A～J為因素編碼值。

表6 Plackett-Burman試驗(yàn)方案與結(jié)果Tab.6 Scheme and results of Plackett-Burman test

表7為PBD試驗(yàn)結(jié)果顯著性分析。

表7 Plackett-Burman試驗(yàn)結(jié)果顯著性分析Tab.7 Significance analysis of Plackett-Burman test results

根據(jù)表7，JKR表面能J(P<0.01)對(duì)羊糞堆積角影響極顯著，顆粒間滾動(dòng)摩擦因數(shù)F和靜摩擦因數(shù)E(P<0.05)對(duì)羊糞堆積角影響顯著，且3個(gè)參數(shù)對(duì)堆積角的影響均為正效應(yīng)。分析其原因?yàn)椋孩匐S著JKR表面能增大，羊糞顆粒間的粘附性能增強(qiáng)，從而影響羊糞顆粒的流動(dòng)性，因此，堆積角增大。②由于顆粒流動(dòng)表現(xiàn)為顆粒與顆粒間的滾動(dòng)和滑動(dòng)，因此，影響顆粒流動(dòng)性的主要參數(shù)為顆粒間滾動(dòng)摩擦因數(shù)和靜摩擦因數(shù)。當(dāng)滾動(dòng)摩擦因數(shù)和靜摩擦因數(shù)增大時(shí)，顆粒間的滾動(dòng)和滑動(dòng)受阻，流動(dòng)性變差，堆積角增大。③模型中的羊糞由4種不同粒徑的球型顆粒組成，而球體模型的運(yùn)動(dòng)方式以滾動(dòng)為主，因此，滾動(dòng)摩擦因數(shù)比靜摩擦因數(shù)對(duì)堆積角的影響更顯著。

為方便后續(xù)試驗(yàn)，在爬坡試驗(yàn)、Box-Behnken試驗(yàn)和驗(yàn)證試驗(yàn)中只考慮3個(gè)顯著性參數(shù)，不顯著因素取中間水平值[13]。

2.3 離散元參數(shù)最優(yōu)區(qū)間確定

爬坡試驗(yàn)方案與結(jié)果如表8所示，可知，當(dāng)JKR表面能為0.05 J/m2、羊糞顆粒間滾動(dòng)摩擦因數(shù)為0.15、靜摩擦因數(shù)為0.30時(shí)，仿真堆積角與物理試驗(yàn)堆積角相對(duì)誤差最小，為2%，即該組參數(shù)為顯著性參數(shù)最優(yōu)區(qū)間的中間水平值，對(duì)應(yīng)最優(yōu)區(qū)間分別為[0，0.10]、[0，0.30]、[0.10，0.50]。

表8 爬坡試驗(yàn)方案與結(jié)果Tab.8 Scheme and results of climbing test

2.4 堆積角-離散元參數(shù)模型建立

表9 Box-Behnken試驗(yàn)方案與結(jié)果Tab.9 Scheme and results of Box-Behnken test

表10 Box-Behnken試驗(yàn)?zāi)Ｐ头讲罘治鯰ab.10 ANOVA of Box-Behnken model

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果及方差分析，E、F、J、E2、F2均對(duì)羊糞堆積角影響極顯著，EJ對(duì)羊糞堆積角影響顯著。建立的羊糞堆積角-離散元參數(shù)模型為

R1=37.04+4.96E+7.50F+11.91J-
2.88EJ+5.51E2+6.82F2

(3)

2.5 堆積角-離散元參數(shù)模型驗(yàn)證

以5個(gè)含水率羊糞樣本物理試驗(yàn)堆積角為目標(biāo)求解尋優(yōu)，分別獲得5組離散元參數(shù)(JKR表面能、顆粒間滾動(dòng)摩擦因數(shù)和靜摩擦因數(shù))的最優(yōu)組合，如表11所示。

表11 不同含水率下羊糞離散元參數(shù)最優(yōu)值及驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果Tab.11 Optimal value of goat manure discrete element parameters and verification test results under different moisture contents

當(dāng)含水率為58.48%時(shí)，仿真和物理試驗(yàn)獲得的羊糞堆積角如圖8所示。由表11可知，由堆積角-離散元參數(shù)模型確定3個(gè)顯著性離散元參數(shù)的最優(yōu)組合后，各含水率羊糞仿真堆積角與物理試驗(yàn)堆積角的相對(duì)誤差小于等于2.42%，表明建立的模型可用于離散元參數(shù)確定。

圖8 仿真與物理試驗(yàn)獲得的堆積角Fig.8 Resting angle obtained by simulation and physical test

2.6 含水率-離散元參數(shù)模型構(gòu)建及驗(yàn)證

為準(zhǔn)確、快速標(biāo)定離散元參數(shù)，基于含水率-堆積角模型和堆積角-離散元參數(shù)模型，由式(2)、(3)推導(dǎo)獲得含水率與離散元參數(shù)(JKR表面能、顆粒間滾動(dòng)摩擦因數(shù)和靜摩擦因數(shù))的模型，即含水率-離散元參數(shù)模型

4.96E+7.50F+11.91J-2.88EJ+5.51E2+
6.82F2=0.005 5x2-0.202 2x+1.289

(4)

根據(jù)式(4)，可通過(guò)含水率直接得到離散元參數(shù)組合目標(biāo)值。即借助Design-Expert 8.0軟件中的模型目標(biāo)值尋優(yōu)求解，得到離散元參數(shù)組合。

基于羊糞含水率-離散元參數(shù)模型，獲得3組隨機(jī)含水率下的羊糞離散元參數(shù)最優(yōu)組合，通過(guò)抽板法物理試驗(yàn)與仿真分別獲得羊糞物理試驗(yàn)堆積角與仿真堆積角，如圖9所示。每組試驗(yàn)重復(fù)5次，結(jié)果取平均值，測(cè)量結(jié)果如表12所示。

圖9 抽板法試驗(yàn)與仿真對(duì)比Fig.9 Comparisons of test and simulation with side plate lifting method

表12 抽板法驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果Tab.12 Verification test results of side plate lifting method

由表12可知，3組試驗(yàn)中仿真堆積角與物理試驗(yàn)堆積角的相對(duì)誤差小于等于5.37%。表明建立的含水率-離散元參數(shù)模型可靠。

羊糞含水率-離散元參數(shù)模型的相對(duì)誤差略大于堆積角-離散元參數(shù)模型，這是由于模型驗(yàn)證試驗(yàn)中采用了不同于圓筒提升法的抽板法。抽板法在此作為工程驗(yàn)證，能進(jìn)一步反映模型的可靠性。兩個(gè)模型的相對(duì)誤差均較小，說(shuō)明建立的兩種模型均可用于離散元參數(shù)的預(yù)測(cè)。

建立的羊糞含水率-堆積角模型與羅帥等[14]研究的蚯蚓糞基質(zhì)含水率與堆積角關(guān)系變化趨勢(shì)一致，且篩選得到的顯著性參數(shù)相同，分別為JKR表面能、顆粒間滾動(dòng)摩擦因數(shù)和靜摩擦因數(shù)。建立的堆積角-離散元參數(shù)模型相對(duì)誤差小于等于2.42%，均小于含水率25%～65%的蚯蚓糞基質(zhì)[23]以及含水率40%～85%的豬糞[15]堆積角預(yù)測(cè)模型誤差。建立的含水率-離散元參數(shù)模型通過(guò)工程性驗(yàn)證，相對(duì)誤差小于等于5.37%，表明模型可靠。由于含水率測(cè)量比堆積角測(cè)量準(zhǔn)確性高、易操作，考慮到離散元參數(shù)預(yù)測(cè)模型的實(shí)際應(yīng)用，建立的含水率-離散元參數(shù)模型比堆積角-離散元參數(shù)模型更具實(shí)用性。兩種模型均能適應(yīng)有機(jī)肥料不同含水率下離散元參數(shù)標(biāo)定，具有通用性。

3 結(jié)論

(1)基于圓筒提升法物理試驗(yàn)建立了31.91%～58.48%范圍內(nèi)羊糞含水率-堆積角模型，模型相關(guān)系數(shù)為0.999 9。

(2)通過(guò)Plackett-Burman試驗(yàn)和爬坡試驗(yàn)確定了含水率31.91%～58.48%的羊糞離散元顯著性參數(shù)及其最優(yōu)區(qū)間：JKR表面能為0～0.10 J/m2、羊糞顆粒間滾動(dòng)摩擦因數(shù)為0～0.30、靜摩擦因數(shù)為0.10～0.50；通過(guò)Box-Behnken試驗(yàn)建立了羊糞堆積角-離散元參數(shù)模型，模型P<0.000 1，相對(duì)誤差小于等于2.42%。

(3)基于含水率-堆積角模型和堆積角-離散元參數(shù)模型推導(dǎo)，建立了含水率-離散元參數(shù)模型；采用抽板法試驗(yàn)驗(yàn)證了羊糞含水率-離散元參數(shù)模型的可靠性，相對(duì)誤差小于等于5.37%。

(4)基于建立的含水率-離散元參數(shù)模型和堆積角-離散元參數(shù)模型，均可求解出特定含水率下羊糞離散元顯著性參數(shù)的最優(yōu)組合，對(duì)不同含水率羊糞參數(shù)標(biāo)定具有通用性和實(shí)用性。