Calibração dos Parâmetros do Método dos Elementos Discretos para Caules de Sementes de Mandioca Usando o Modelo Tavares e o Método GA-BP-GA

Simulações precisas do método dos elementos discretos (DEM) são essenciais para elucidar os mecanismos de semeadura precisa e as características de danos por colisão dos caules de sementes de mandioca (CSS); no entanto, tais simulações são frequentemente limitadas pela falta de parâmetros de contato precisos. Neste estudo, o CSS “Guire No. 7” foi selecionado como objeto de pesquisa para calibrar os parâmetros do elemento discreto (DE) integrando experimentos físicos com simulações DEM. Um modelo de caule foi construído no software EDEM (Altair EDEM 2022) usando tecnologia de digitalização tridimensional combinada com funções de modelagem do SolidWorks 2024 para investigar a influência da contagem de faces da malha do modelo na precisão da simulação. Experimentos físicos mediram o ângulo médio de repouso (RA) dos caules (30,28° ± 1,09°), juntamente com parâmetros incluindo o coeficiente de restituição para colisões caule-caule e caule-placa de aço, e o coeficiente de atrito estático entre o caule e a placa de aço. O experimento de design Plackett-Burman foi empregado para filtrar os parâmetros que afetam o RA, e o experimento de ascensão mais íngreme foi realizado para determinar suas faixas de valor ótimas. Usando o RA como valor de resposta, um experimento de Design Composto Central combinado com modelos de regressão de aprendizado de máquina foi aplicado para otimizar os parâmetros influentes e comparar o desempenho do modelo. Os resultados indicaram que o algoritmo GA-BP apresentou capacidade preditiva superior em comparação com a Regressão de Vetores de Suporte (SVR) e a rede neural BP. Através da otimização usando um algoritmo genético (GA), os parâmetros calibrados foram obtidos: um coeficiente de atrito estático (SFC) caule-placa de aço de 0,488, um SFC caule-caule de 0,489, e um coeficiente de atrito de rolamento caule-caule de 0,131. O RA simulado resultante foi de 30,73°, resultando em um erro relativo de 1,49% em comparação com o valor medido fisicamente. O método GA-BP-GA demonstrou melhor desempenho de otimização do que o experimento de design composto central, validando assim a precisão dos parâmetros de contato calibrados entre os caules. Além disso, parâmetros para o modelo Tavares foram calibrados através de experimentos físicos em CSS, usando força de dano por colisão e energia de dano por colisão (CDE) como indicadores de validação. Os resultados mostraram que os erros relativos tanto para a força de dano por colisão quanto para a CDE foram inferiores a 3%, o que está dentro da faixa de erro aceitável, confirmando assim a validade dos parâmetros DE calibrados para o caule de semente de mandioca.