شبیه سازی عددی رفتار دینامیکی مواد دانه ای کشاورزی در محیط های گسسته با ارائه مدلی با المانهای مجزا۱

یکی از عوامل مهم در دقت شبیه سازی مدل­های DEM، انطباق شکل المان­های به­کار رفته در مدل کامپیوتری با شکل ذرات یا اجسام در سیستم حقیقی است. مطالعات انجام شده به کمک مدل­های DEM در زمینه سیستم­های حاوی مواد دانه ای، تاکنون مدل­هایی بوده اند که المان­های به­کار رفته در آنها کروی یا بیضی مانند بوده است.  از آنجا که شکل اکثر میوه ها و سبزی­ها غیر کروی و نامنظم­اند مدل­های حاوی این­گونه المان­ها  نمی تواند بیان کننده رفتار دقیق آنها باشد. مقاله حاضر مدلی را ارائه می­کند که المان­های آن می­تواند کروی یا غیر کروی باشد. در این مدل، شکل هر المان با ترکیبی از گویها (کرات در سیستم­های سه بعدی و دوایر در دو بعدی) با اندازه های مختلف، با هم پوشانی دلخواه بین آنها تعیین می­شود به طوری که شکل نهایی آنها بسیار نزدیک به شکل واقعی میوه یا محصول مورد نظر باشد. نتایج ارزیابی تئوری مدل نشان دهنده تنها ۰۷/۰ درصد خطاست که این امر دلالت بر صحت فرموله شدن مدل و الگوریتم­های موجود در آن است. همچنین، نتایج ارزیابی تجربی مدل برای بررسی دقت پیش بینی رفتار یک سیستم فیزیکی مشابه نشان می­دهد که مدل توانسته است با دقت ۸۲ درصد رفتار سیستم را پیش بینی کند. این میزان خطا می­تواند به میزان دقت در اندازه گیری خصوصیات فیزیکی و مکانیکی مورد نیاز سیستم ربط داده شود. به منظور نشان دادن توانایی مدل در شبیه سازی انتقال و فراوری محصولات کشاورزی، نمونه­هایی از کاربرد مدل در این زمینه ارائه شده است. نتایج این شبیه سازی ها به صورت نمودارهای تغییرات نیروهای عمودی وارد بر جسم (که باعث لهیدگی آنها هستند) و نیروهای مماسی (که منشاء خراشیدگی هستند) ارائه شده است. علاوه بر این، تصاویر ارائه شده در این مقاله که برگرفته شده از انیمیشن­های حاصل از نتایج مدل هستند توانایی مدل را در شبیه سازی فرایندهای مختلف محصولات کشاورزی بیان می­کنند.