Onderzoek naar het opzetten van een gebonden deeltjesmodel voor voederpellets en de toepassing ervan

Waarom het beschermen van kleine voederpellets ertoe doet

Op moderne boerderijen en visserskwekerijen komt diervoeder vaak in de vorm van kleine, compacte pellets die gemakkelijk te vervoeren, op te slaan en te verteren zijn. Maar terwijl deze pellets door leidingen, transportbanden en voedersystemen bewegen, barsten ze en verpoederen ze tot stof. Teveel fines kan dure voedingsstoffen verspillen, de diergezondheid schaden en het milieu vervuilen. Deze studie stelt een schijnbaar eenvoudige vraag: hoe breken deze pellets precies — en kunnen computermodellen ons helpen zachtere apparatuur en sterkere pellets te ontwerpen?

Van hele pellets naar verborgen scheuren

De onderzoekers concentreren zich op krachtvoerpellets voor biggen, die representatief zijn voor producten die in de veehouderij en aquacultuur worden gebruikt. Hoewel deze pellets er met het blote oog solide uitzien, is hun interne structuur een samengeperkte massa van kleine deeltjes. Wanneer machines ze samendrukken of een klap geven, begint schade als microscopische scheurtjes en verbroken verbindingen tussen die deeltjes, lang voordat de pellet zichtbaar uiteenvalt. Omdat het moeilijk is dat proces direct te observeren, grijpen ingenieurs steeds vaker naar digitale hulpmiddelen die elk klein korreltje in een virtueel experiment volgen.

Het bouwen van een digitale tweeling van een enkele pellet

Om hun virtuele pellets realistisch te maken, maten de onderzoekers eerst echte pellets in het laboratorium: hun grootte, gewicht, dichtheid, vochtgehalte en de kracht die nodig is om ze langzaam in één richting te vergruizen. Ze recreëerden vervolgens een enkele pellet in gespecialiseerde software als een cluster van honderden kleine sferen, elk verbonden met zijn buren door onzichtbare bindingen. Deze bindingen vertegenwoordigen de echte interne verbindingen in het materiaal. Door enkele sleutelinstellingen zorgvuldig af te stemmen — hoe stijf de bindingen zijn en hoe sterk ze zijn voordat ze breken — stemden de onderzoekers het computermodel af totdat de gesimuleerde knijptest de experimentele kracht- en vervormingscurven binnen ongeveer tien procent volgde over het grootste deel van de belasting. Deze stap leverde hen effectief een gekalibreerde “digitale tweeling” van een biggenpellet op.

Pellets in een virtueel impactapparaat laten draaien

Met hun gevalideerde modelpellet stapte het team over van langzaam knijpen naar snelle impacten, en imiteerde daarmee wat er gebeurt in echte voederverwerkende systemen. Ze bouwden een computerversie van een centrifugaal impactapparaat, waarin een roterend schepwerk pellets naar buiten slingert tegen een stationaire ring. Naarmate de draaisnelheid toeneemt, stijgt ook de botsingssnelheid en de energie die aan elke pellet wordt overgedragen. In de simulatie werden de interne bindingen van elke pellet gemonitord: wanneer bindingen braken, splitste de pellet in grotere stukken en fines. Het aandeel gebroken bindingen gaf een microscopische maat voor schade, terwijl de onderzoekers ook fysieke impacttesten uitvoerden om het daadwerkelijk verbrijzelde materiaal te wegen. Over snelheden van 500 tot 1500 omwentelingen per minuut namen zowel de gesimuleerde fractie gebroken bindingen als het gemeten massaverlies gestaag toe, en ze volgden elkaar vrijwel perfect.

Hoe inslaghoek het breukpatroon verandert

Het team onderzocht vervolgens hoe de hoek waaronder pellets de impactring raken de schade beïnvloedt. Wanneer pellets recht op de ring inslaan, ondervinden ze voornamelijk frontale compressie; bij schuine hoeken worden ze meer zijwaarts geduwd en hebben ze de neiging te gaan roteren. De simulaties toonden aan dat breuk niet simpelweg groter of kleiner wordt met de hoek, maar een piek vertoont bij een tussenliggende instelling: rond 75 graden. Bij deze hoek combineert de belasting zowel frontale als zijwaartse componenten, waardoor de pellet langer onder spanning blijft en er meer scheuren door het interieur worden gedreven. Bij steilere of vlakkere hoeken wordt meer van de botsingsenergie ofwel elastisch teruggekaatst of omgezet in rotatie en schuiven, wat minder fragmentatie oplevert.

Wat dit betekent voor beter voer en zachtere machines

Simpel gezegd laat de studie zien dat een goed afgestemd computermodel van een enkele pellet betrouwbaar kan voorspellen hoe echte pellets uiteen zullen vallen in hogesnelheidsapparatuur. Door onzichtbare interne bindingfaal te koppelen aan de zichtbare hoeveelheid breuk, biedt het werk een praktisch instrument voor voedersproducenten en ontwerpers van apparatuur. Zij kunnen nu onderzoeken hoe veranderingen in pellêtreceptuur, vochtigheid of machine-instellingen — zoals schepwerksnelheid en inslaghoek — de duurzaamheid beïnvloeden, zonder elke optie fysiek te moeten bouwen en testen. Dit soort virtueel testen kan het ontwerp van sterkere pellets en zachtere transportsystemen sturen, wat verspilling vermindert en de efficiëntie en duurzaamheid van de dierlijke productie verbetert.

Bronvermelding: Liu, Z., Kong, X., Wang, W. et al. Research on establishment of bonded particle model for pellet feed and its application. Sci Rep 16, 13224 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43893-y

Trefwoorden: breuk van voederpellets, discrete elementmodellering, centrifugaal impacttesten, granulaire materialen, diervoedertechniek