随着计算机的快速发展,基于有限元和离散元等数值方法的计算机仿真技术已广泛应用于航空航天、汽车、船舶、建筑等高新技术行业,并取得了极大的成效,然而在粮食加工设备领域应用还是相对较少。为了加快实现粮食加工装备的自动化、信息化和智能化,运用计算机辅助工程(CAE)进行仿真已势在必行。本文基于数学和力学理论,借助计算机软件,建立了多种碾米机装配体及零部件的有限元模型和米粒的离散元模型,通过数值计算仿真并进行结果分析,得到了具有一定参考价值的数据和方法。首先,对碾米机主机关键部分进行有限元分析,包括米筛的强度分析、主轴系统的动力学分析以及米粒的破碎仿真。对于米筛的强度分析,使用EDEM与Workbench联合仿真的方式,通过EDEM离散元软件对碾米进行离散元仿真并将米粒对米筛的载荷数据以文本形式导出,经过数据处理后,作为米筛进行有限元分析的力边界条件,完成其余设置后进行求解计算,得出了米筛的应力场和位移场,实现了离散元与有限元的联合仿真;对于主轴系统的动力学分析,基于有限元方法计算了碾米机主轴系统的临界转速,本文使用两种方法对其建模,其一,在对碾米机主轴系统进行结构分析后,确定了转子系统的主要构成部分,使用COMBI214二维弹簧-阻尼单元对轴承进行建模,设置5种工作转速对其进行转子动力学分析,得出坎布尔图,确定了主轴临界转速;其二,对主轴系统进一步简化建模,除保留主轴结构的其余所有零件简化成质点赋予到主轴上,在与未简化结构相同的条件下,对简化的主轴系统的进行临界转速计算,并与未简化的主轴系统临界转速结果进行对比,验证两者得出的结果的差异性,对比得出两种方法计算临界转速的1阶频率值相差偏大,2至5阶分别对应的频率值比较接近,为类似的转子动力学的简化建模提供参考;对于米粒的破碎仿真,提出了对米粒破碎进行仿真的总体框架,基于扩展有限元法(XFEM),借助ANSYS APDL Mechanical平台,对米粒颗粒进行有限元建模并设置初始裂纹,仿真后得到裂纹的扩展,该方法可以为碾米机的结构设计和工艺参数的确定提供参考,并对颗粒物的破碎研究提供一种方法。其次,对碾米机碾米过程进行离散元分析,主要研究米粒颗粒在碾米过程中的运动状态和破碎率,基于离散元方法,借助EDEM离散元软件,创建简化的碾米机几何体模型和具有“粘结键”的米粒球团颗粒模型,使用Hertz-Mindlin(No Slip)接触模型和Hertz-Mindlin with Bonding接触模型,设置米粒和几何体的力学属性以及其余参数设置并进行仿真,得出了米粒运动状态和破碎率。最后,对碾米过程进行气固两相流耦合仿真,主要研究碾米过程中米粒受风力的影响和反过来米粒对风的流场的影响。首先基于EDEM离散元软件,创建碾米的离散元模型;然后基于ANSYS Workbench平台,创建流体域并对其划分网格,将网格文件导入Fluent中并设置流体参数,接着将EDEM与Fluent进行耦合连接,最后进行气固两相流耦合仿真求解。得出了流场分布和颗粒的运动状态及力学行为,这为碾米机中的通风结构设计提供了重要的数据参照,并对于其他类似的气固两相流仿真也具有一定的借鉴意义。通过以上研究,使用数字化技术对碾米机关键主机进行了深入的力学研究和数值仿真,得出了碾米机和米粒相关的力学行为,为实现粮食加工设备的大型化、信息化和智能化提供了关键技术。