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。     

玉米籽粒力学性质的试验研究

对不同影响因素下，玉米籽粒的力学性能进行了试验。在物料力学性能试验台上分别对玉米籽粒及各组分的力学性能进行压缩破裂试验。其结果表明，不同品种的玉米籽粒沿不同方向的抗破裂能力有显著差异，其抗破裂能力主要取决于角质胚乳和种皮的力学特性；当含水率降低时，籽粒的破裂力有所增加，但变形减小。     

密度对玉米生理成熟后籽粒含水率及脱水速率的影响

[目的]为研究种植密度对玉米生理成熟后籽粒含水率及脱水速率的影响,探寻适合玉米籽粒机收的合理密植栽培模式。[方法]以苏玉30、苏玉29、苏玉20和农大108为试验材料,采取裂区设计,分析密度对生理成熟后籽粒含水率与脱水速率的影响。[结果]随着密度的增加,玉米生理成熟期和收获期籽粒含水率增加,而脱水速率降低。与苏玉20和农大108相比,苏玉30和苏玉29生理成熟期的籽粒含水率相对较低,随密度的增加其脱水速率的下降幅度也较小。就脱水性状而言,苏玉30和苏玉20具有耐密植的特点。[结论]该研究为适合玉米籽粒机收条件下的密植栽培模式提供参考依据。     

芋头压缩和剪切特性试验研究

【目的】降低芋头在收获和运输过程中的损坏.【方法】以山东小芋头‘8520’品种为试验材料,用快速卤素水分测定仪测芋头的含水率,利用TMS-PRO质构仪对芋头样品进行压缩,分析计算得出芋头的弹性模量参数,利用微机控制电子万能试验机,对整块芋头在4种不同加载速率下,进行不同加载方向的压缩和剪切试验,测得加载力-位移曲线,运用SPSS软件分析力学特性变化规律.【结果】湿基含水率为77.73%的芋头,弹性模量为3.78 MPa,整块芋头在压缩状态下,加载方向和加载速率对芋头破裂力有极显著影响,芋头损伤的最小破裂力为433.7 N;整块芋头在剪切状态下,加载方向和加载速率对剪断力无显著性影响,芋头损伤的最小切断力为328.4 N.【结论】试验分析结果可为芋头的机械化收获、运输等提供理论依据.     

马铃薯整茎压缩力学特性研究

【目的】分析马铃薯的整茎压缩力学特性,降低收获作业时收获机具对马铃薯的机械损伤。【方法】在5种不同加载速率(15,25,35,45,55mm/min)和3个不同加载方向(x向:马铃薯块茎的脐部与顶点连线方向;y向:块茎径向截面的短轴方向;z向:块茎径向截面的长轴方向)下,对2种含水率56.8%左右且在甘肃种植面积较广的马铃薯(新大坪和陇薯3号)进行整茎压缩试验,测定马铃薯的压缩破裂力和变形量,并对其进行显著性和差异性比较。【结果】显著性分析表明:加载方向对破裂力影响显著,加载速率对破裂力影响极显著,品种对马铃薯压缩变形量影响显著;差异性分析显示:加载方向对破裂力影响不显著,但z向加载对马铃薯压缩变形量影响较大;15,25和35mm/min的加载速率对破裂力均有显著影响,当加载速率为45和55mm/min时,二者对破裂力影响的显著性表现一致;品种的差异性对压缩变形量有显著影响。【结论】马铃薯整茎压缩试验结果为甘肃产马铃薯的收获、贮藏、运输及加工装备的设计研究提供了必要的力学参数。     

玉米籽粒的压缩力学特性研究

为了研究玉米籽粒的压缩力学特性,对绥玉8号、冀单20号和陕单9号3个玉米籽粒进行了几何形状测量和压缩力学特性试验.试验测定了3个品种玉米籽粒的三维尺寸特性(长径、宽径、高径);通过万能试验机压缩试验,测得不同含水率下3个品种玉米籽粒的最大破碎力和对应应变值.结果表明,随着含水率的增加,最大破碎力和应变值呈线性关系上升,应变值上升趋势大于最大破碎力;根据试验数据,建立了3个品种玉米籽粒的最大破碎力和应变、刚度和应变的数学模型.     

含水率对温185核桃静压力学性能的影响

为给核桃破壳机械设计提供依据,以温185核桃为研究对象,利用质构仪对不同干燥处理的核桃进行静压力学试验,运用Matlab和Origin软件进行数据处理,研究含水率对其力学性能的影响。结果表明:在干燥8 h后核桃含水率基本趋于稳定;在相同加载条件下,核桃在不同加载方向上所产生的载荷-变形曲线形态是相似的,除纵向外曲线上没有明显的生物屈服点,外壳在受力破坏时呈现出一定的脆性,没有延展性;核桃的初次破裂力、压缩变形量均随含水率的增加而增加。在含水率为3.24%、缝向上加载时初次破裂力和压缩变形量最小,最小值分别为52.41 N、0.39 mm;在含水率为12.99%、横向上加载时初次破裂力和压缩变形量最大,最大值分别为200.19 N、1.42 mm;通过对核桃含水率与应变能的关系分析得出,从缝向上进行加载时核桃破壳较容易。试验结果可为核桃破壳机械的研发提供参数依据。     

四川省夏玉米机械化籽粒收获质量及其影响因素

为明确四川省夏玉米机械化粒收质量现状及主要影响因素,2017—2018年对四川省大面积主推的20余个玉米品种开展机械粒收试验,测定各参试品种植株性状、果穗性状及每次收获各品种的茎杆、穗轴、籽粒含水率,籽粒和穗轴力学强度,机械粒收质量。结果表明:1)2年收获的籽粒含水率为10.14%～37.16%,90.00%的测试样本籽粒含水率在29.00%以下;破碎率为5.80%,未达到≤5.00%的国家标准;杂质率为2.56%,符合≤3.00%的国家标准;落粒率为1.02%。收获推迟可降低籽粒含水率,能提高玉米机械粒收质量;2)破碎率在品种间差异明显,主要受籽粒含水率和籽粒力学强度的影响;穗轴是杂质的主要成分,杂质率与穗轴含水率及力学强度关系密切;随籽粒含水率的降低,落粒率呈逐渐降低的趋势。四川省单作夏玉米可满足机械粒收对籽粒含水率的要求,选用生育后期脱水快、籽粒物理力学特性适宜、穗轴力学强度小、韧性强、株高及穗位高适宜的品种,并根据气候条件及作物衔接情况适时晚收,来提高四川省夏玉米机械粒收质量。     

玉米生理成熟后籽粒脱水特性

明确玉米生理成熟后籽粒脱水特性及与各器官脱水的关系,对加快玉米生理成熟后籽粒脱水速率和选育籽粒脱水速率快的品种具有重要意义。试验选用4个品种,从生理成熟期开始至生理成熟后31 d止,连续测定籽粒、穗轴、苞叶+果柄、叶片和茎秆的含水率,并分析生理成熟后籽粒脱水特性及其与各器官含水率的关系。结果表明,参试品种籽粒含水率降至28%所需生理成熟后积温及天数分别为197.08～353.32℃·d和7.3～12.9 d。籽粒含水率与其他器官含水率均呈极显著线性关系,籽粒脱水速率与穗轴脱水速率呈极显著正相关,与其他器官脱水速率相关性不显著。说明,合理的品种选择和缩短玉米生理成熟后籽粒脱水前期的持续时间可有效加快生理成熟后籽粒脱水,降低玉米生理成熟期籽粒含水率降至28%或25%所需积温;评价适宜机械粒收品种时,在关注籽粒脱水特性的同时需关注穗轴的脱水特性。     

猕猴桃压缩力学行为及蠕变特性的试验研究

为研究猕猴桃压缩力学行为,对其进行了压缩试验,得到了力-变形曲线,分析了压缩过程中的变形行为。结果表明,不同的加载速率影响破裂栽荷的大小和变形特征;随着加载速率的增加,破裂载荷有所增大;在力～变形曲线上有明显的锯齿流变现象,锯齿频率和应力变化幅度受应变率的影响。同时通过压缩试验对猕猴桃的蠕变行为进行了分析,给出了蠕变一时间曲线。该研究可为猕猴桃的运输、加工、贮藏等提供重要的力学参数。     

马铃薯块茎质地品质的综合评价

【目的】 马铃薯块茎质地综合评价有利于对马铃薯加工品质性状的细分和准确定位用途,辅助马铃薯品种的选择和选育,同时加快马铃薯产品的开发。【方法】 以主栽马铃薯品种块茎为材料,采用穿刺、二次压缩（texture profile analysis,TPA）和剪切3种质构检测模式分析块茎质构参数：穿刺距离、穿刺起始力、穿刺速度、压缩形变量、压缩速度、压缩间隔时间、压缩起始力、剪切起始力和剪切速度;根据最佳质构测试参数测定8个不同品种块茎质地参数,分析质地参数间的相关性和块茎品质评价最佳质地参数。【结果】 鲜块茎穿刺最优参数：探头型号为圆柱金属探头（TMS 2 mm Steel）,穿刺距离为2 mm,起始力为2.5 N,检测速度为50 mm·min^-1;TPA压缩最优测试因素（鲜/熟）：鲜、熟块茎圆柱体样品直径和高度均为10—15 mm,检测探头的选择对鲜块茎质地无显著差别,熟块茎最优探头型号为圆柱铝制探头（TMS 36.0 mm Aluminum Cylinder）;最优参数（鲜/熟）：形变量50%/60%,检测速度60 mm·min^-1/80 mm·min^-1,间隔时间6 s/10 s,起始力均为0.7 N;剪切最优参数（鲜/熟）：长方体样品（30 mm×15 mm×10 mm）,探头型号为轻型单刀探头（TMS Perspex Knife Edge）,检测速度均为60 mm·min^-1,起始力为1 N/0.5 N。不同品种块茎相关性分析表明,弹性与薯皮脆性存在显著相关性,与穿刺和剪切其他质地参数之间均无显著相关性;鲜块茎穿刺、TPA压缩与剪切质地参数之间均存在显著或极显著正相关性（0.410—0.959）;熟块茎TPA压缩和剪切质地参数之间均存在显著或极显著正相关性（0.441—0.952）。【结论】 穿刺、TPA压缩和剪切质构检测模式适合鲜块茎质地品质的客观评价,其中,薯皮硬度、薯皮脆性、TPA硬度、内聚性、咀嚼性和剪切硬度可作为比较鲜块茎质地差异的重要参数;TPA压缩和剪切质构检测模式适合熟块茎质地品质的客观评价,其中,TPA硬度、粘附性、内聚性、弹性、咀嚼性和剪切硬度可以作为比较熟块茎质地差异性的重要参数。     

树枝直刃剪切数学模型与试验

【目的】基于材料力学和弹性地基梁理论对直刃刀片剪切树枝过程进行理论建模,并根据该模型计算出直刃刀片剪切树枝所受的剪切力。【方法】以石硖品种龙眼树枝为试验材料,利用万能材料试验机和摩擦试验台等仪器测定龙眼树枝的相关力学特性参数和滑动摩擦因数,测量并用模型计算树枝不同含水率(w)、直径和不同刀片刃角下动刀片剪切龙眼树枝的峰值剪切力,剪切试验所用刀具的刃角分别为10°、20°和30°。【结果】当树枝直径为20.4 mm、相对含水率为76%、刀片刃角为20°时,刀片剪切力理论计算曲线与试验曲线趋势一致,峰值剪切力的误差约为2.3%;当树枝直径为15.3 mm,刀片刃角为20°,且树枝含水率大于纤维饱和点(30%)时,刀片峰值剪切力随含水率升高而增大,计算值在试验值的误差范围内;当树枝直径为24.6 mm、含水率为76%,且刀片刃角从10°增大到30°时,峰值剪切力显著增大,计算值处于试验值的误差范围内。【结论】该理论模型可用于预测剪切力并分析不同力学参数对峰值剪切力的影响,为修剪机具剪切机构的设计和优化提供参考。     

基于有限单元法的芦蒿茎秆力学特性分析

【目的】建立芦蒿Artemisia selengensis茎秆柔性体模型。【方法】根据芦蒿茎秆的物性参数,通过ANSYS有限元分析软件建立茎秆力学模型,对芦蒿茎秆在不同生长部位的轴向、径向压缩力学特性进行研究,分析比较模型计算值和试验测试值。【结果】模型计算值和试验测试值最大偏差为14.46%。芦蒿茎秆具有各向异性特征,其轴向压缩力学特性远大于径向;在3种不同位置段,径向压缩时,茎秆破碎出现在加载面的两端边缘位置,轴向压缩时,茎秆破碎出现在加载面,且应力由接近加载区域向周围逐渐减弱。【结论】可以运用模型仿真分析芦蒿茎秆力学特性,结果可为减少芦蒿在收获、运输、加工、储藏过程中的机械损伤和芦蒿收获机具的研制提供理论依据和参考。     

测试条件对莴苣组织TPA质地参数的影响

[目的]研究测试条件对莴苣质地参数的影响,优化其TPA质地评价的测试参数。[方法]采用TA-XT2i型物性仪的TPA模式对莴苣进行测试,研究了1、5、10 mm/s的压缩速度和10%~80%的压缩程度对莴苣TPA质地参数的影响。[结果]当压缩量在32%左右时会发生莴苣试样的破裂,破损方式为与试样的径向呈60°。压缩程度对硬度、内聚性、弹性、回复性和咀嚼性5个TPA参数的影响都是极显著的,而压缩速度对硬度没有影响,对其他4个TPA参数有极显著影响。[结论]选择1 mm/s的压缩速度和40%的压缩程度作为莴苣组织质地的测试条件,可避免高速度对组织带来的冲击载荷,并且能全面完整地反映莴苣组织的质地特征。     

基于X-ray CT的载荷作用下木材内部形变研究

  目的  木材是重要的室内装饰和建筑用工程材料,具有易加工,强重比高等优点。作为生物质多孔材料,载荷作用下木材内部结构易发生变化,进而对其力学性能产生重要影响。研究载荷作用下木材内部结构变形可为理解其力学行为提供基础理论支撑。  方法  为探索压缩载荷作用下木材内部空间结构的演变规律,使用微型加载设备对实体木材（花旗松）和胶合材（杨木）试件进行横纹压缩,实时记录加压头位移和加载压力,加载过程中使用X射线断层扫描仪周期性扫描试件,对扫描结构进行三维重建,实现试件内部空间结构可视化,结合力学性能和内部空间结构演变解析实体木材和胶合材力学失效机制。  结果  实体木材在受载时,早材部分密度快速增加,载荷达到25.26 MPa时,晚材部分密度开始增加。早材管胞压溃是木材内部结构变化的主要原因,压溃路径与生长轮平行;晚材结构改变主要体现为树脂道压缩变形和木射线压裂。胶合材在受载时,局部形变集中是杨木内部结构变形的主要原因,尤其是大孔径导管极易压溃;另外,胶黏剂能够明显增加胶层区域杨木刚度,提高导管结构的稳定性。  结论  本研究解析了横纹载荷作用下实体木材和胶合材内部空间结构的演变规律,为优化木材加工工艺和指导木材的科学利用提供了理论基础。新型三维动态检测技术为解析木材力学行为的发生机制提供了新的思路。      

番木瓜摘取的接触力学模型构建与试验

【目的】实现番木瓜稳定无损伤摘取。【方法】采用三指对称夹持后扭断的摘取方案,构建摘取接触力平衡方程,依据三指内力汇交原理进行抓取稳定性分析,制定摘取接触力学模型求解方案,并对番木瓜进行摘取试验。【结果】样本表面无明显变形、压痕与裂纹,夹持处果肉室温静置24 h后无明显的颜色变化和伤痕,最大夹持力远小于成熟番木瓜横径方向受压弹性变形阶段压力极限值;质量和摘取扭转力矩与横径、纵径、果柄长度、果柄扭断直径有密切依存关系,质量多元线性回归达极显著水平,扭转力矩多元线性回归达显著水平;依据接触力学模型和回归模型计算的理论夹持力与测量夹持力对比,测量夹持力均高于理论夹持力,两者最大偏差小于20%,两者在趋势上具有较好一致性。【结论】摘取方案能稳定无损伤摘取番木瓜,摘取接触力学模型具有正确性与实用性,可为番木瓜摘取末端执行机构设计与力度控制提供依据。     

南方冬种马铃薯压缩力学特性与理化指标相关性研究

研究以‘大西洋’和‘粤引85-38’(Solanum tuberosum L.)2种南方冬种马铃薯为研究对象,运用DW-100型电子万能试验机,沿3个不同方向在5种不同速率对马铃薯整茎进行压缩试验,分析品种、加载方向和加载速率对马铃薯压缩破裂时破裂力、变形量及破坏能的影响,并对马铃薯压缩特性参数与淀粉含量之间的相关性进行了研究。结果表明:品种和加载方向对破裂力和变形量影响极显著,其中与破裂力呈极显著正相关,与压缩变形量呈极显著负相关;加载速度对破裂力、变形量无显著影响;淀粉含量与压缩变形量呈极显著正相关,淀粉含量越高,压缩时破裂点变形量越大。     

腊八豆质构与感官评价相关性的研究(英文)

[目的]利用质构仪测定腊八豆的硬度和咀嚼性,并研究其与感官品质的相关性。[方法]采用P/100、P/2、A/LKB-F和A/BE等四种探头分别对腊八豆进行下压、穿刺、剪切和批量压缩试验。利用打分法中的九点标定法对腊八豆进行感官评价。以批量压缩测试指标咀嚼性为自变量,感官评价指标硬度为因变量,进行模型拟合,得到了腊八豆的感官硬度预测模型。[结果]腊八豆的理想测试参数为探头A/BE,测试速度1.0 mm/s,压缩量为70%,其咀嚼性与感官评价硬度之间存在极显著相关性(r=0.92,P0.01)。[结论]使用质构仪测定可以客观地反映腊八豆产品硬度和咀嚼性等质构特性的变化。     

加载速度对稻米籽粒挤压力学特性影响的研究

通过对稻米籽粒的挤压试验,获得稻米籽粒挤压特性的力学指标包括弹性模量、破坏力、破坏应力及破坏能等,并研究了加载速度对稻米籽粒挤压特性指标的影响。通过多项式回归分析建立了稻米籽粒挤压各力学指标随加载速度变化关系的数学模型,可用于预测和控制稻米加工过程中的机械损伤,为稻米加工装置的设计及安全管理提供力学参数。     

基于EDEM-Fluent耦合的气流分配式排种器数值模拟与试验

【目的】解决水稻机械直播速度慢、效率低的问题。【方法】采用气流分配式排种器进行水稻直播,优化设计一种由R可调节的喇叭口式内腔与α可变的分流密封盖组成的α-R式气流分配式排种器,利用EDEM-Fluent耦合模块,对气流分配排种过程进行数值模拟;并进行排种性能台架验证试验。【结果】仿真结果显示,α-R组合式分配器中水稻颗粒最高运动速度为5.416 m·s~(-1),且旋涡滞种区域面积也低于传统结构,水稻颗粒在分配器中排出顺畅;R=180 mm、α=20°时,排种均匀性变异系数为24.56%,各行一致性变异系数为3.79%,总排量稳定性变异系数为1.23%,3项指标均为最优。采用3D打印的分配器进行台架试验,结果显示该排种器排种均匀性变异系数为29.17%~30.86%,各行一致性变异系数为4.13%~4.33%,总排量稳定性变异系数为1.4%~1.7%,满足水稻机械直播要求。【结论】多次试验结果稳定,与仿真结果较为接近,说明本次设计的气流分配式排种器满足要求,也表明利用EDEM-Fluent耦合模拟的正确性与可行性。