典型品种花生米静压力学特性及有限元分析

为深入研究花生米的力学特性,从机理上解决花生脱壳机械加工过程中的花生米破损伤问题,选取辽宁省主栽花生品种大白沙、黑花生、两粒红和小白沙为研究对象,使用万能物料试验机进行花生米静压力学特性试验,分析不同含水率(4%、14%、21%和32%)、不同放置方式(正放、侧放和立放)下各品种花生米的破损形式、破损力、变形量及压缩功的变化情况,并使用有限元法,对花生米组织内部的应力和应变情况进行建模分析。结果表明:花生米的损伤形式与含水率有关,含水率为4%时,不同放置方式下花生米内部损伤均大于50%;含水率为32%时,不同放置方式下花生米内部损伤均小于20%;在5%的显著性水平下,花生米的含水率和放置方式对破损力有显著性影响,外力加载速度对破损力无显著性影响;花生米立放时的破损力普遍小于正放和侧放;花生米的破损力随含水率的增加而增加,二者近似呈线性关系;花生米破损过程中的压缩功随含水率的增加而增加;正面加载时,花生米水平方向横截面积越大,应力和位移越小;腹面加载时,子叶结合面处应力和位移最大;顶部加载时,中间部位应力最大,顶部位移最大。试验结果与花生米实际损伤情况相符,研究结论可为花生的运输、加工等环节技术参数的设计优化提供理论基础。     

玉米芽种损伤特性研究

研究玉米芽种的损伤特性对芽种损伤结果的量化、芽种成活率的提高有重要意义。利用CTM2050微机控制万能拉压试验机,对含水率30.2%、42.1%的德美亚1号芽种及对德美亚1号、垦沃3、先锋38P05三种黑龙江常见玉米品种芽种进行了静压破损试验,获得了损伤载荷与芽种成活率关系曲线、含水率和品种对芽种成活率的影响;叙述了芽种隐性机械损伤的内部机理和谷物损伤载荷随变形量的变化规律,并通过查阅文献得到芽种内部应力裂纹扩展力。表明含水率和品种对芽种成活率有影响,芽种损伤沿淀粉颗粒断裂现象多于穿淀粉颗粒断裂。     

蓖麻蒴果力学特性试验及仿真研究

为探究蓖麻蒴果破壳力变化规律及破裂机理,以1987品种、通蓖7号、通蓖9号及通蓖11号为研究对象,首先计算其球度,并采用WDW-2型微机电子万能试验机进行准静压力学特性试验,测得4个含水率下的蓖麻蒴果在顶部加载及中部加载下的破壳力,并根据试验结果将破壳过程分为达到破壳力、外种皮破裂及籽粒破损三个阶段。试验结果表明:品种对球度无显著影响;品种对破壳力有显著影响,1987品种蒴果破壳力最小,通蓖7号及通蓖11号次之,通蓖9号最大;含水率对破壳力有极显著影响,破壳力与含水率呈二次曲线关系;加载方式对破壳力有显著影响。其次将蓖麻蒴果视为球体,计算其在51.26N的作用下球心应力为0.80MPa。最后以通蓖11号蒴果为例,对破壳各阶段进行有限元分析。结果表明:顶部加载下达到破壳力时室与室结合破坏,在内侧形成缺口,外种皮破裂时裂纹在缺口处延伸,单室蒴果在法向最大轴线处种皮破裂,籽粒破损时籽粒裂纹在法向最大轴线处形成;中部加载下达到破壳力时,外种皮破裂阶段与顶部加载相同,籽粒破损阶段裂纹出现在切向最大轴线处。仿真分析得到的裂纹与试验结果一致,中心点处应力计算值与仿真结果比值为1.17。研究结果可为蓖麻蒴果脱壳机关键部件的设计提供参考。     

花生种子挤压破碎机理的试验研究

为获取花生种子挤压破碎特性,降低对其机械化作业时的损伤,对花生主产区典型品种的花生种子进行了挤压破碎试验,分析了不同品种、不同含水率、不同挤压位置下花生种子的挤压破碎性能.试验结果表明:花生种子在不同含水率、不同挤压位置下所能承受的最大挤压力均有所不同,最终随含水率增加而降低,而在不同挤压位置条件下,同一含水率的种子所能承受的挤压力由大到小依次为腹面、侧面、顶面;不同品种花生种子在同一挤压位置下抗挤压破裂能力也有所不同,其原因均与种子自身的内部组成、外形尺寸等因素有关.     

海底悬跨管道形成及破坏机理

海底管道悬跨段的出现将会增加管道所受载荷作用力,使管道更易发生破坏。基于海底悬跨管道的特征,简要分析了海底管道的悬跨机理,总结了悬跨段在重力、浮力、波浪力及海流力作用下的破坏机理和研究现状,并对悬跨管道研究的发展趋势进行了展望。结果表明:分析不同结构形式的海底管道在复杂荷载联合作用下的变形和破坏已成为海底管道悬跨段研究的重要发展方向;今后有必要系统地研究流场特性和地震动特性对管道周围流场和受力的影响规律,计算更复杂约束下海底悬跨管道的允许悬跨长度,以及从多种判定依据着手分析比较海底管道允许悬跨长度,并得到相应判定依据的适用范围。     

裸燕麦籽粒压缩力学性能试验及破裂生成规律分析

为降低裸燕麦籽粒在机械收获、播种、干燥、运输及加工等过程中的机械损伤,掌握裸燕麦籽粒压缩力学特性及其破裂生成规律,以白燕2号裸燕麦为研究对象,在CTM2050型微机控制电子万能材料试验机上,对其籽粒进行了压缩力学性能试验,测得6个含水率下的裸燕麦籽粒在X轴、Y轴及Z轴三个方位加载下的屈服载荷,并观察籽粒在受压过程中破裂的生成规律。试验结果表明:沿同一方位压缩时,屈服载荷随含水率的升高而降低,如沿X轴方位对籽粒压缩时,籽粒含水率由11.97%升高至26.97%,而籽粒的屈服载荷则由29.33N降低至18.80N;在同一含水率下,沿X轴方位对籽粒进行压缩时屈服载荷最大,Z轴压缩时次之,Y轴压缩时最小,如籽粒含水率为11.97%,沿X轴方位对籽粒进行压缩时屈服载荷为29.33N,沿Z轴压缩时为28.02N,沿Y轴压缩时为13.72N;压缩方位相同,裸燕麦籽粒受到压缩力作用产生破裂的基本规律大致相同;压缩方位不同,裸燕麦籽粒破裂方向一致,均沿长度(L)方向破裂,但是破裂位置不同。沿X轴方位压缩,破裂位置出现在背面以及腹面边缘处;沿Y轴方位压缩,破裂位置出现在腹沟线处;沿Z轴方位压缩,破裂位置出现在腹沟线及背面边缘处。研究结果为裸燕麦机械化收获、播种及相关加工机械的设计、开发、参数优化提供理论依据。     

荔枝整果压缩力学特性试验

为减少机械损伤,水果采摘机械的设计与控制需充分考虑水果整体力学特性。对荔枝整果进行压缩试验,分析研究荔枝在压缩载荷下的变形规律和重复加载时其刚度的变化,根据Hertz接触理论求得整体荔枝压缩时弹性模量与变形量的关系曲线,通过对试验曲线的拟合求得荔枝刚度与变形的二次关系式。试验范围内得到的荔枝果壳破裂力为30～40N,其受载时趋于稳定的刚度值为6.3954×103N/m。该研究为采摘机械的设计、减少采摘损伤控制最小的载荷提供了参考依据。     

一维损伤对低含水率膨胀土强度和变形的影响

对3组15个不同破损孔径的一维损伤膨胀土圆柱试样,进行控制净围压分别为50,100,150kPa的三轴剪切试验,研究低含水率(w=7%)条件下一维圆柱孔破损重塑膨胀土的应力-应变特性、体变特性以及破损形态.试验结果发现:与以往常规含水率(约20%)土样不同,破损孔径对膨胀土强度没有显著的弱化或者是强化作用,相同破损面积的试样之间也未表现出相似的强度和变形特征;揭示了既有破损对土体峰值强度的影响与土体的含水率密切相关.试样整体表现出先剪缩后剪胀的特性,但随着围压的提高,剪缩阶段明显缩短;从破坏形态可以看出,随着围压的提高,裂隙长度变短、倾角变小,说明围压对既有裂隙的扩展有明显的抑制作用.     

高速滚珠丝杠副动态特性分析

以赫兹接触理论和沟道控制理论为基础,同时考虑自身离心力以及陀螺力矩作用的影响,建立轴向载荷作用下的高速滚珠丝杠副动力学模型.采用数值分析方法计算不同运行工况对滚珠丝杠副力学特性的影响,得到了接触角、弹性变形等的变化规律.分析结果表明,转速和轴向载荷等工况对高速时滚珠丝杠副的动态特性影响较大,高速时滚珠丝杆副的动态特性较低速情况有着显著的变化.     

水稻芽种静力有限元分析及性能的试验研究

采用ANSYS软件对水稻芽种基体进行了静力有限元分析,其模拟结果为静载荷下芽种基体的应力变化呈扩散型分布,其受力点处所受破坏最大,愈向外其破坏性愈小。模拟结果与压缩破坏敏感性试验结果相吻合,以受力4.5 N作为芽种基体的静压载荷的极限,超过这一极限,将会破坏水稻芽种的内部生理组织,影响芽种生长;同时推导出水稻芽种基体在静压载荷下的数学模型及试验水稻芽种继续生长率与静压载荷回归方程。