玉米应力裂纹的显微分析

观察了３种应力裂纹类型（单裂、双裂、龟裂）玉米的内部显微结构和应力裂纹产生的位置、数量、宽度，分析了应力裂纹在胚乳中扩展的情况以及应力裂纹对胚乳结构产生的影响。裂纹的类型不同，裂纹的形态、数量及大小亦不同。应力裂纹生成在粉质胚乳的中心部位，沿淀粉颗粒的边缘向外扩展。应力裂纹是内部裂纹，只能扩展到种皮附近，接近糊粉层。     

玉米应力裂纹的生成和扩展过程模拟

对玉米应力裂纹进行了分形分析,结果表明,玉米应力裂纹具有近似的自相似性,即分形特征,因此,可以用分形的理论进行研究。根据显微图像分析,认为分形形纹的扩展有4种机制,即沿晶扩展、穿晶扩展、沿晶和穿晶偶合扩展及分叉扩展。建立了各种应力裂纹扩展机制的分形模型,给出了生成元维数,模拟了整个剖面和局部显微状态下应力裂纹的扩展过程。     

稻谷与钉齿碰撞损伤的有限元分析

建立了稻谷3层椭球体结构CAD模型,在前处理软件HyperMesh中划分网格,设置单元、材料属性和接触碰撞参数,生成了稻谷的有限元模型。利用LS-DYNA软件仿真分析了稻谷与钉齿碰撞过程,仿真结果表明：碰撞接触区为椭圆,受压应力作用,区域中心处应力值最大。籽实皮和胚乳的Von Mises等效应力值随碰撞速度的增加逐步增大。稻谷与钉齿碰撞时,胚乳达到临界Von Mises等效应力值31.68?MPa对应的临界速度为24.2?m/s,而籽实皮碰撞损伤的临界速度要大得多。稻谷与钉齿碰撞形成宏观应力裂纹是从胚乳中心或近中心扩展而成的。     

声发射法无损检测稻谷籽粒应力裂纹

针对目前稻谷应力裂纹缺乏有效研究手段的难题,该文提出利用声发射法研究应力裂纹的设想。以天优3301籼型感温三系杂交稻谷为物料,建立稻谷干燥和机械压缩试验声发射检测装置,测量并分析了稻谷干燥、应力和声发射信号之间关联。结果表明:谷粒在干燥和受载过程产生的声发射信号能够被有效检测;干燥过程中声发射信号时序特征与稻谷干燥特性、典型干燥现象关联密切。湿基含水率为22%稻谷籽粒在60℃条件下,在干燥初始加热期0~7 min,稻谷因内部温度梯度形成的应力而释放少量声发射信号;在7~40 min声发射信号伴随温度梯度减弱而消失;在干燥40 min后,声发射信号受水分梯度影响而重新出现,并且信号密集区和水分梯度最大值时间重合,均出现稻谷湿基含水率干燥到14%附近;30~80℃自然冷却中稻谷声发射信号急剧增加,与高温干燥冷却段爆腰率快速上升现象相对应。湿基含水率为20%谷粒在30 N压载过程中声发射信号峰值与应力屈服8 MPa均出现在100 s。该文研究表明声发射法可为研究稻谷应力裂纹提供一种新的方法和途径。     

玉米应力裂纹的生成和发展过程研究

观察了干燥、冷却和储存阶段玉米应力裂纹的生成和发展过程。结果显示，玉米应力裂纹生成在籽粒侧面的冠部，随时间的推移向脐部发展。单一裂纹的发展趋势是星状斑点－短裂纹－长裂纹。裂纹数量的发展趋势是单裂纹－双裂纹－龟裂纹。裂纹籽粒中，侧面有裂纹的占很大比例，正面和反面裂纹较少，出现正面及反面裂纹时裂纹已发展到龟裂阶段。总裂纹中大部分是冷后短暂的储存阶段生成和发展的裂纹     

基于Micro-CT图像处理的稻谷内部损伤定量表征与三维重构

在水稻脱粒、储运、加工过程中,外界机械作用力是造成稻谷损伤破损的主要方式,造成的内部裂纹肉眼无法观察但影响稻谷的存储、加工以及种子的发芽率等.该文利用质构仪对稻谷进行挤压力学特性试验,分析稻谷损伤破碎过程;对受不同载荷的稻谷进行CT扫描试验,结合数字图像处理方法对稻谷进行损伤表征分析与三维重构,旨在提出一种新的稻谷内部损伤定量评价方法.结果表明:伪彩色图像处理可以提高CT图像的视觉分辨率;灰度值以及灰度直方图分析可以识别稻谷的胚、胚乳以及裂纹大小,并定量分析;对分割后的二值图像进行像素点统计分析得到80,100,120,140,160N载荷下的损伤度分别为0,0.26%,0.39%,0.93%,1.79%;重构的三维模型可以看出裂纹一般沿着短轴方向扩展,随着载荷增大,原有裂纹逐渐变宽,并产生新的沿着长短轴的混合裂纹,直到糙米断裂.该研究可为谷物内部损伤定量表征分析提供新思路.     

稻米爆腰机理与碎米率

碾米过程中产生的碎米率与稻谷中的糙米的爆腰率有重要相关关系。米粒的主要成分是淀粉,淀粉以一定的晶体结构排列在米粒的胚乳细胞壁中,当淀粉在受热和受潮时,淀粉粒膨胀,使米粒产生热应力和水分应力差,当此拉应力大于米粒抗拉强度时,米粒内部就产生裂纹而形成爆腰米粒。稻谷在收获后期、收获后的干燥、贮藏中均会受到温度和水分变动而产生爆腰米粒,稻谷在加工过程中受到机械力的作用也会增加米粒的破碎。所以,降低碎米率应该从稻谷的收获后期就引起注意,防止温度和水分过大的波动,在稻谷加工中米粒应避免拉伸和弯曲的作用。     

谷子籽粒压缩力学性质及损伤裂纹形成机理

在谷子联合收获机及谷子加工机械装备设计研制中需要掌握谷子籽粒的基本物性参数和力学性质,以及受压致谷子谷壳与米粒损伤及裂纹形成过程,从而确定和优化工作参数.为此该文测定了不同含水率下(25.1％,20.9％,17.5％,15.2％)4种优质谷子品种(晋谷21,张杂10号,吨谷,长谷)籽粒的基本物性参数,包括千粒质量、三轴尺寸等,并研究了不同含水率、品种和压缩方位(长度、宽度和高度方向的压缩方位)对谷子籽粒的压缩力学性质的影响,对试验数据进行了多响应完全随机区组分析.结果表明:同一品种谷子籽粒的长、宽、高、千粒质量、算数平均径、几何平均径均随含水率的降低而减小,不同品种间的物性参数差异显著(P＜0.001);影响屈服载荷、变形量、破坏能以及表观弹性模量的主要因子依次是压缩方位、含水率、品种.对于同一种谷子,籽粒的长度、宽度和高度方位压缩时的屈服载荷和表观弹性模量都随着含水率的升高而减小,压缩变形量和破坏能随着含水率的降低呈先减小后增大的趋势.长度、宽度和高度方位压缩时,损伤裂纹的形成过程及发生机理、扩展形态和部位均不同,分别是:从籽粒的尖冠处沿着胚和胚乳连接处扩展,形成几乎贯穿籽粒长度方向的裂纹:从上下两接触点处由应力集中形成的贯穿籽粒宽度方向的裂纹;从腹面的种脐处沿胚乳抗压性最弱的部位延伸且贯穿籽粒一半的裂纹.研究结果为谷子播种,联合收获机及相关加工机械的设计、参数优化提供依据.     

不同模拟储藏条件下粳米胚乳显微结构变化

为了弄清大米在储藏过程中胚乳结构的变化,从而探索其品质变化的机理。在模拟我国典型储粮环境条件下,利用Hitachi S3000N扫描电镜对储藏的粳米胚乳横断面、胚乳细胞表面以及胚乳淀粉颗粒形态进行观察。结果显示：随着储藏时间的延长和储藏温度的升高其胚乳横断面的放射状排列趋于模糊,胚乳细胞的破裂程度增加,尤其是在中心部位;胚乳细胞表面光滑度下降,小孔数量增多加大,其表面蛋白质膜有不同程度的翘起,膜的厚度有所下降;裸露的单粒淀粉增加,淀粉颗粒间的裂缝增多,部分复合淀粉颗粒表面的蛋白质膜变得模糊和粗糙。通过对储藏过程中胚乳微观结构及形态的变化与大米蒸煮和食味品质劣变的机理分析,解析出胚乳微观结构及形态的变化是导致大米主要品质变化的重要原因,为大米储存品质的控制提供了理论依据。     

增湿加热稻保干燥工艺的试验研究

研究了增湿加热的稻谷干燥工艺减少爆腰产生的机理，采用增湿的热空气干燥稻谷时，可以减少稻谷内部水分梯度，降低了内部应力。通过试验分析了稻谷干燥爆腰率增值与空气温、湿度关系，提出了合理的增湿加热干燥工艺参数。     

Endosperm Structural Changes in Wheat During Drying of Maturing Caryopses

A transmission electron microscopic (TEM) study was conducted on maturing wheat to determine the sequences of events involved during the drying of preripe starchy endosperm. Field‐grown hard red winter wheat Karl and soft red winter wheat Clark were harvested at 21 days after flowering (DAF) and air‐dried in the spike at 20°C for 2, 4, 8, 12, 24, 48, and 96 hr and until completely air‐dried (7 days). Fresh samples of Karl and Clark were also harvested and prepared immediately for microscopy. Both wheat cultivars underwent similar changes during drying. Few changes were observed during the first 8 hr of drying. By 12 hr after the start of drying, the rough endoplasmic reticulum (RER) was distended and circularized. Protein bodies were irregular in shape and small autophagic vacuoles were found in the cytoplasm. An amorphous material was first observed in areas of the cytoplasm after 24 hr of drying. RER was typically associated with those regions. Endosperm tissue looked nearly mature after 48 hr of drying. Artificially induced senescence caused by harvesting wheat spikes prematurely caused the endosperm tissue to undergo a number of changes that resulted in the tissue looking normal when compared with wheat that was not prematurely harvested. This suggests that the wheat plant has great capacity to develop normally when subjected to environmental stresses. The methods used in this study can be used to investigate endosperm structural changes caused by adverse environmental stress.     

高湿稻谷逐步升温干燥工艺试验研究

针对南方双季稻区高湿稻谷,对薄层谷粒的水分迁移过程进行动态跟踪,发现降速干燥过程具有明显的二段性。通过测定深层干燥中气流状态的变化过程,由热质衡算得出深层干燥特性曲线,研究了高湿稻谷深层干燥中的热质运动规律,结合稻谷爆腰率的变化规律,给出了合理的干燥工艺     

糙米机械破碎力学特性试验与分析

为了研究糙米机械破碎力学特性及其与籽粒结构特性的关系。采用物性测试仪对糙米的锥刺、三点弯曲、剪切、挤压4种机械破碎力学特性进行测试与分析,并对糙米和精米的破碎力学特性(三点弯曲)进行了比较。结果表明:糙米的断裂是由于内部胚乳组织不均匀,在外力作用下首先形成内部裂纹,裂纹尖端处的应力集中又进一步促进裂纹扩展,最终导致籽粒断裂;厚度为(1.0±0.5)mm的不同样品锥刺破碎力在10N左右,各样品籽粒内部的结合力相差较小,籽粒的断裂主要与厚度及胚乳特性有关,其中三点弯曲力更能反映籽粒的破碎特性,糙米的糠层对籽粒有一定的保护作用,糙米力学特性比精米好。该文为糙米储藏加工技术参数的确定提供依据。     

我国玉米干燥的裂纹率问题

对我国玉米干燥时的品质进行了研究并与自然晒干的玉米作了比较。测定了玉米由含水率26％-27％干燥到14％-25％时的裂纹率和裂纹指数。研究了四种粮食干燥机的干燥品质即顺一逆流、横流、混流和蒸汽式干燥机。太阳晒干和蒸汽干燥机干后的玉米裂纹率最少,裂纹指数最低,顺—逆流干燥和横流干燥裂纹率及裂纹指数最高。混流干燥的玉米品质居中,虽不及太阳晒干和蒸汽干燥的,但大大优于横流和顺—逆流干燥机的干燥品质。     

Impacts of Delayed Drying on Discoloration and Functionality of Rice

In‐bin, on‐farm drying systems for rough rice present challenges for maintaining kernel quality when drying fronts stall and the top layer of grain maintains its harvest moisture content (MC) for extended periods. This high MC, in addition to ambient temperatures in early autumn in the Mid‐South United States, creates ideal conditions for quality losses to occur. This study evaluated the effects of rough rice storage at MCs of 12.5, 16, 19, and 21% for up to 16 weeks at temperatures of 20, 27, and 40°C on milling yields, kernel color, and functionality of three long‐grain cultivars. Head rice yield was negatively impacted only after other reductions in quality had occurred. Temperature‐specific discoloration patterns were observed at 27 and 40°C in 2014; the uniquely discolored kernels seen in 2014 at 27°C were absent from samples in 2015 under identical conditions. Peak viscosity, breakdown, and final viscosity tended to increase over storage duration at 20 and 27°C and all storage MCs but plateaued after 8 weeks. Storage of rice at 40°C and all MCs greatly reduced peak viscosity after 6 weeks. To prevent quality losses, in‐bin dryers should be monitored closely to avoid exceeding the thresholds of storage MC, temperature, and duration identified here.