基于松弛试验的光皮树果实冷态压榨流变模型

该文以研究光皮树果实冷榨制油过程中的流变特性为目标,利用自制直筒式压榨试验装置进行不同压榨应变水平的应力松弛试验,基于岩石流变基本模型分段模拟应力应变关系,建立其流变模型并进行验证。结果表明:光皮树果实加载过程中应力应变关系呈现线性和非线性两部分,屈服应变为0.4,应力松弛量随着压榨应变的增大而增大。采用分段模拟建模分析,并确定相应的模型参数。首先利用弹性元件和阻尼器模组合而成的广义Maxwell模型模拟线性段松弛过程,再利用线性与川北公夫模型叠加共同模拟非线性段松弛过程,构建了直筒式冷态压榨的流变模型,并进行了参数求解。误差分析表明:应变为0.5时,相对误差较大;而实际压榨过程中光皮树果实压榨应变均大于0.55,在此段应变范围内的模型平均相对误差均在7%之内,因此该模型为研究光皮树果实直筒式冷态压榨设备时应力应变参数的选取提供基础数据。     

基于Hopfeild神经网络的油菜籽脱皮冷榨压榨系数识别

在油菜籽脱皮侧限排油一维冷榨试验基础上，采用半固态饱和物料和滤饼物料物理模型分别建立两个理论压榨比模型，运用Hopfeild神经网络方法识别压榨系数。识别结果表明：脱皮油菜籽在压力低于10 MPa段为半固态状饱和物理模型，在压力高于20 MPa段则为滤饼状物理模型，对整个压榨过程，采用分段计算物理模型可有效提高整体压榨模型精度。脱皮冷榨的压榨系数远小于未脱皮冷榨的压榨系数。     

基于扫描电镜图像分析的菜籽仁饼孔隙结构分形研究

以冷态压榨条件下菜籽仁饼为对象,研究油料饼孔隙结构,探讨油料饼孔隙结构的分形特性以及压榨压力对油料饼孔隙结构的影响.运用扫描电镜和Image-pro图像分析技术分别测试分析6种压榨压力下的菜籽仁饼孔隙的微观结构,采用小岛法对图片进行了孔隙截面边界和孔隙尺寸分布分形维数的测定,并采用回归分析方法建立了孔隙截面边界和孔隙尺寸分布分形维数与压榨压力的经验公式.结果表明,菜籽仁饼的孔隙结构存在明显的分形特征,分形维数越大,孔隙截面边界越不规则、孔隙尺寸分布越大;压榨压力越大,分形维数越大,压榨压力与分形维数满足明显的线性关系.     

基于流固耦合渗流的植物油料压榨数值模拟

考虑植物油料的可变形和流变，植物油料的压榨过程是一个渗流场和流变场耦合渗流问题。基于流固耦合渗流理论建立植物油料压榨过程的模拟模型，采用有限差分法和有限元法交替求解渗流场和流变场。数值模拟了压榨过程中菜籽和菜籽仁油料的位移、菜籽仁孔隙流体压力分布与消散、有效应力分布与变化。菜籽和菜籽仁的位移数值解和实测值比较吻合，尤其在中、后时段。     

油料冷态预榨过程的油脂径向渗流模型及验证

为量化考察油料一维压榨过程中油脂的流动状态,针对直筒式冷态压榨制油过程,通过简化假设建立了一维压榨模型,并对油料微元进行受力分析;利用Darcy渗流定律与Terzaghi固结理论建立了油料压榨过程中的渗流模型,确定了影响压榨出油效果的因素主要为料筒内径、物料层高度、压榨压力、压榨时间、油脂黏度和物料孔隙度。在实际压榨过程中,压榨压力和压榨时间易控制,油脂黏度和孔隙度也可以通过设置压榨参数而改变,而压榨机的料筒规格不易改变,因此料筒半径的选取尤为重要。基于此,根据渗流模型推导出油率模型,分析了料筒半径对出油率的影响关系,指出料筒内径不宜过大。开展不同筒径时的出油率试验,并与模型预测值对照,其最大误差为2.10%。研究结果为油料直筒式低温预榨制油设备制造及工艺参数的优化及选取提供了参考。     

双螺杆冷榨机的研制与应用

为实现双低菜籽脱皮后的冷态压榨，研制了一种双螺杆榨油机，采用啮合式和非啮合式相组合的原理，在榨膛内实行多级压缩和松弛及薄料层压榨，其理论压缩比达23.0，榨膛长径比达11.5，压榨时间达180 s，并具有强大的物料自清功能，解决了脱皮菜籽仁在榨膛内输送困难的问题。双螺杆榨油机成功投入了生产应用，结果表明，脱皮菜籽冷榨饼残油率(干基)在15%左右，冷榨油接近菜籽三级压榨油国家标准，冷榨出饼温度低于70℃，满足冷榨工艺要求。双螺杆榨油机实现了脱皮菜籽的冷态压榨，可显著改善产品质量，降低加工能耗，提高了双低菜籽加工的经济效益。     

双低油菜籽脱皮冷榨的关键技术研究

针对双低油菜籽脱皮籽仁在冷榨过程中存在的一些关键技术问题，提出了双阶多级压榨的冷榨结构模型，对现有的螺旋榨油机的榨膛结构进行了改进，设计并制造了一种小型实验型冷榨机。在该机上，对操作工艺参数对脱皮籽仁的冷榨性能的影响进行了实验研究，结果表明，榨油机设定在较低转速(11 r/min) 有利于油料的冷榨，对入榨油料进行适度的调质(水分在6.4%)处理能改善油脂的提取效率，5%以下的仁中含皮率的要求是适宜的。冷榨脱皮菜籽仁的最大料筒温度始终低于70℃，确保了冷榨的需要。所研究的成果将为大型商用冷榨机的开发铺平道路。     

LYZX型低温螺旋预榨机的研制

在对压缩比、施压速度及压力变化规律、压榨时间、压榨过程的保温、防磨措施、榨料性质调节等关键技术进行深入研究的基础上，研制成功了LYZX系列低温螺旋预榨机。生产试验及推广应用的实践证明：LYZX系列低温螺旋预榨机不仅可用于油菜籽脱皮、低温压榨制油新工艺，适当调整技术参数后，还可广泛应用于其他油料的低温压榨，具有良好的推广应用前景。     

莲子机械特性的测试研究

对莲子的机械特性进行了测试，以研究脱壳机理，为莲子脱壳机的设计提供技术数据。用压缩试验的方法求取各种工况下莲子的机械特性，分析了莲子等级和加载速率对其破壳力的影响，同时测定了不同部位、测点破壳力的差异。结果表明：莲子破壳力与等级成线性正相关关系，相关系数为0.955；加载速率与破壳力之间没有明确的关系，其应力－应变曲线的斜率随加载速率的增加而增大，而应变随之减小；莲子“赤道”与“两极”间轮廓上不同测点的破壳力差异较大，而同一部位的圆周上各点所需破壳力相差不大。该文的研究结果为莲子加工工艺的研究开发提供了理论依据。     

基于数字图像测量技术的豆粕剪切变形特性

为了研究豆粕在剪切过程中的变形特性,利用基于数字图像测量技术的三轴仪,开展了豆粕三轴剪切试验。考虑了围压(25~100 kPa)、孔隙率(44.8%~50.9%)及颗粒破碎对豆粕强度及变形的影响,分析豆粕的不同变形发展阶段,并提出对应的应力应变模型,获得相关的强度和变形参数。试验结果表明,豆粕试样的应力应变曲线为软化型,随着围压增大,其强度软化性增大,剪胀性却逐渐减小。相同围压下,随着试样孔隙率减小,豆粕的峰值强度逐渐增大,剪胀角也逐渐增大,剪胀性表现越明显。不同破碎程度的豆粕颗粒分析结果对比发现,破碎后的豆粕峰值剪切强度增大,体变呈完全剪缩,围压越大剪缩现象越明显,这表明颗粒破碎对强度和变形影响很大,且围压对颗粒破碎的影响比孔隙率对颗粒破碎的影响大。最后,基于局部变形结果分析,将豆粕的应力应变曲线划分为3个阶段,即破坏前、破坏和残余阶段,提出了不同阶段对应的应力应变模型,获得了其强度和变形参数,得到破坏比为0.701 6。通过研究豆粕的剪切变形特性试验结果,获得了豆粕的强度、变形规律及其本构模型,可为粮仓结构的安全设计、优化分析及粮仓储粮等进一步数值仿真建模提供基础参考数据。     

基于应力路径试验的小麦粮堆力学特性和应力应变关系模型

粮仓中粮堆在装卸时存在着复杂的应力路径,为了得出复杂应力路径对粮堆模量和临界状态特性的影响规律,以及粮堆应力应变关系模型,该文在侧向应力50~300 k Pa下,进行了常规三轴压缩(conventional triaxial compression,CTC)、等p压缩(constant mean normal stress compression,CMS)、三轴主动压缩(reduced triaxial compression,RTC)三轴应力路径试验,分析了应力路径和侧向压力对模量的影响和粮堆临界状态特性;修正岩土体三次曲线模型,建立了适于描述仓内小麦粮堆应力应变的模型,并通过应力路径试验结果和文献试验结果对模型的适用性进行验证。研究结果表明:各应力路径下初始模量、割线模量E50均随着侧向应力呈幂函数增长;CTC、CMS试验的割线模量E50比初始模量发生较大的降低,而RTC试验没有明显降低。在参考压力(大气压力)下,对于初始模量,CTC试验的结果最大,RTC试验的结果最小;对于割线模量E50,CTC试验的结果最小,RTC试验的结果最大。CTC试验的初始模量、割线模量均随着侧向应力增长最慢,而RTC试验的结果均随着侧向应力增长最快。不同应力路径和侧向应力下,试验的破坏点均落于同一临界状态线上,小麦粮堆临界状态应力比为0.976。修正三次曲线模型反映了粮堆强度、峰度系数和峰值应变等特性,并通过8个参数进行计算;通过应力路径试验结果和文献试验结果对该模型进行了验证。研究结果可为粮仓装卸料压力、变形的计算提供更符合实际应力路径条件的参量,建立的修正三次曲线模型可用于粮堆应力和变形的数值模拟,为粮仓的设计提供参考。     

莲仁力学特性参数测定及挤压破碎特性试验

为探讨莲仁在挤压载荷作用下的破碎机理,该文用压缩试验方法对莲仁相关力学参数进行了试验研究。首先,用万能试验机对莲仁试样进行了弹性模量和抗压强度测试,测得5种不同含水率莲仁在纵向、横向2个方向上的弹性模量、抗压强度及应力-应变曲线;测试结果表明,莲仁弹性模量、抗压强度的纵向值均大于横向值,且弹性模量、抗压强度均随莲仁含水率增大而显著减小;用回归分析方法建立了莲仁弹性模量、抗压强度与含水率关系的回归方程,得到了合格莲仁(含水率小于11%)的最小弹性模量为37.12 MPa,最低抗压强度为5.12 MPa。其次,研究了莲仁整体挤压时裂纹的产生规律,测得了5种不同含水率莲仁在平压与侧压2种受载方式下的挤压极限载荷;测试结果表明,莲仁的挤压极限载荷随含水率的增大而减小,对于相同含水率莲仁,侧压比平压更容易引起莲仁破碎;用回归分析方法建立了挤压极限载荷与含水率的回归方程,得到了合格莲仁(含水率小于11%)的最大挤压载荷应小于53.6 N。最后,用有限元法建立了莲仁的压缩力学模型,分析了莲仁整体受压时的应力分布,仿真结果与莲仁压缩试验结果基本吻合,验证了所测莲仁力学参数的正确性。研究结果可为莲仁加工和输送设备的设计提供参考。     

保压/保型抑制压后切碎玉米秸秆块回弹机理

为揭示保压和保型抑制压后秸秆块回弹机理,优化压缩工艺,提高压后秸秆块的尺寸稳定性,该研究以切碎玉米秸秆为材料,进行了不同压缩条件下保压和保型特性试验及不同压缩工艺下秸秆块尺寸稳定性试验。结果表明,保压和保型150 s可使秸秆块的尺寸稳定系数分别增大1.52～4.26和4.36～6.78个百分点,两者均能抑制压后秸秆块回弹,但机理不同,保压抑制回弹机理为:从增大压缩位移和减小回弹位移2个方面减小相对回弹位移,从而增大秸秆块的尺寸稳定系数,其本质为增大压后秸秆块中的黏性应变;保型抑制回弹机理为:减小秸秆块中的残余应力,保型150 s可使秸秆块的残余应力减小约40%,从而减小压后秸秆块回弹,增大秸秆块的尺寸稳定系数,其本质为减小秸秆块中残余黏弹力。不同压缩条件下保压和保型稳定效果对比分析的结果表明,在同一压缩条件下,保型的稳定效果总是优于保压。该研究结果可为切碎玉米秸秆压捆和冷压成型工艺及装置研发提供依据,也可为其他生物质及小粒径秸秆压制成型提供参考。     

Modelling soil distortion during compaction for cylindrical stress load paths

A slightly modified critical-state model was formulated in order to account for the volume-change behaviour at yield and failure observed in triaxial tests on unsaturated soils. Model parameters were specified for two soils (a sandy loam and a loam), each at three different soil-moisture contents. Maximum shear strain was integrated numerically for 36 cylindrical load paths with constant confining pressure (type I) or constant mean normal stress (type II). Predicted stress-strain relationships for load paths bringing soils from a normally-consolidated to a critical state were compared with stress-strain relationships observed for identical load paths in triaxial tests of the lubricated ends variety. The agreement between predicted and observed maximum shear strain depended on type of load path and soil-moisture content. The model failed to predict maximum shear strain at stress states close to critical. The absolute difference between observed and predicted strain was on average ≤0.05 for deviatoric stresses smaller than 90% of the critical-state values. The comparable maximum differences were 0.11 and 0.07 for load-path types I and II, respectively. The largest differences were found for the largest soil-moisture contents. The type of load path had a considerable effect on sample distortion, type I giving rise to larger (predicted and observed) maximum shear strain at common stress states.     

农业有机废弃物压制绿化基质砖成型机理与试验

为了解决农业有机废弃物污染,促进其综合开发和高值化利用,以发酵腐熟后的水稻秸秆和牲畜粪便为主要原料,利用特制的压缩成型模具和试验机,以基质原料含水率、压缩应力、压缩时间、牛粪质量分数为试验因素,对绿化基质砖压缩成型机理和工艺参数进行了试验研究。通过有限元分析、孔隙通道模型构建等方法,分析了压缩成型过程中力的变化、位移变化和微观结构变化;在单因素试验基础上,利用响应面分析了不同成型条件对绿化基质砖成型质量的影响,获得绿化基质砖成型最优工艺参数：基质原料含水率75.7%,压缩应力0.29 MPa,压缩时间2.5 min,且牛粪质量分数为30%时能够充分获得营养,绿化基质砖成型效果好。该研究为绿化基质砖的生产和农业有机废弃物综合利用及城市绿化产品升级提供了依据。     

蓖麻WOX转录因子家族成员的全基因组分析及逆境胁迫响应

WOX是植物中特有的一类转录因子,参与植物发育和应激反应。为探究蓖麻基因组WOX转录因子信息,本研究通过生物信息学方法鉴定出11个蓖麻WOX转录因子家族成员,并对其系统发育、基因结构、保守基序及理化性质等基本信息进行鉴定与分析。结果显示,11个WOX成员被分为三个进化支,在古代进化支、中间进化支和现在进化支分别有2、2和7个成员,同一进化支成员的外显子、基因结构具有相似性,但理化性质差异较大。利用RT-qPCR检测根、茎、叶不同组织中5个蓖麻RcWOXs基因在干旱与盐胁迫下表达情况,结果表明,RcWOXs在不同组织中的表达具有特异性;除RcWOX10受干旱胁迫抑制外,RcWOX2、RcWOX4、RcWOX8和RcWOX9在干旱和盐胁迫下均被诱导表达,表明RcWOX转录因子在蓖麻逆境胁迫中起调控作用。本研究结果为进一步探究蓖麻WOX转录因子家族在逆境胁迫中的功能提供了一定的理论参考。     

适宜核桃壳划口位置改善其破壳特性提高整仁率

针对目前传统单一的机械破壳方式存在的破壳率和整仁率难以平衡的问题,该文以预处理视角研究了对新疆核桃进行破壳前划口预处理的静态压力试验,试验结果表明,核桃划口预处理相比未处理核桃的破壳力和破壳形变量明显减小,整仁率明显增加;当核桃划口位置和施加载荷位置均在核桃肚部时,核桃破壳力和破壳形变量均明显减小,与未处理的核桃相比破壳力减小了139 N,减幅为38.4%;破壳形变量减小了0.37 mm,减幅为18.2%;利用三维扫描仪对研究对象进行三维建模,使其更接近物料实形,并实施模型核桃划口处理。有限元静力学分析结果表明:未划口处理的核桃,其壳体表面最大应变、应力和形变发生在加载位置;当加载力相同时,划口预处理条件下在核桃划口位置产生的应变、应力和形变量最大;当核桃划口位置和加载位置均在核桃肚部时,核桃壳表面产生的应变、应力和形变量均较大。该研究结果经验证与静态压力试验结果基本吻合。研究结果为核桃划口机和核桃破壳设备的研制提供理论支撑。     

基于准静态压缩方法的玉米粒破碎试验

为减少粮食因破碎而导致的损耗浪费,探索玉米颗粒的抗破碎能力,该研究利用准静态压缩试验共获得了920组玉米粒的力学数据,并通过韦伯分布拟合对玉米粒破碎力进行了分析。试验对比压缩方位及压缩速率对玉米粒破碎力的影响,确定准静态压缩的试验条件,在此基础上探索玉米含水率、粒径、轴比对玉米粒破碎性质的影响。结果表明：沿玉米厚度方向压缩可获得玉米粒的最大破碎力;压缩速率小于0.10 s^-1时,压缩速率对玉米粒破碎力分布无影响。另外,玉米粒的含水率、粒径、轴比均影响其破碎力分布。含水率14.72%的玉米粒破碎力分布更为集中;小粒径玉米粒更容易破碎,粒径小于7 mm时玉米粒破碎率达100%;玉米粒破碎率和破碎力均与轴比呈反比,表明饱满圆润的玉米颗粒更容易发生破碎。该试验为玉米在储运、加工过程中的降碎降损提供了可靠的数据支撑。     

玉米秸秆揉丝破碎过程力学特性仿真与试验

由于玉米秸秆揉丝破碎过程缺乏有效数值模拟方法,在一定程度上降低了加工设备结构改进效率。该文基于离散元法(discrete element method,DEM)建立了玉米秸秆离散元模型,并通过物理试验和虚拟试验相结合对玉米秸秆粘结接触模型(bonded particle model,BPM)进行了参数校核。最后针对玉米秸秆离散元模型进行了破碎仿真以及试验验证。结果表明:以5 mm/min为加载速度进行秸秆压缩和剪切试验时,最大临界载荷分别为2 260和110 N;对BPM粘结模型进行参数校核后,得到法向刚度系数、切向刚度系数、临界法向应力、临界切向应力及粘结半径分别为9.60×10~6 N/m、6.80×10~6 N/m、8.72 MPa、7.5 MPa、2 mm,此时离散元模型力学特性与含水率为87.8%的收获期玉米秸秆相接近;仿真结束后,物料可分为短型、标准型、长型及未完全破碎型4种,与试验结果相一致,不同类型物料质量与试验结果数据偏差保持在10%以内。研究结果表明离散元法应用于玉米秸秆揉丝破碎过程仿真是可行的。