西瓜壓縮及蠕變特性的研究.pdf

1、西瓜的采收、貯藏、運(yùn)輸對(duì)其破損率均有很大影響。為了確保西瓜貯運(yùn)、生產(chǎn)、加工、設(shè)計(jì)的合理性，需對(duì)西瓜的承載能力和抗沖擊能力進(jìn)行有效的定量分析，并深入研究西瓜的力學(xué)特性和損傷機(jī)理。利用力學(xué)特性來(lái)指導(dǎo)西瓜檢測(cè)分級(jí)，進(jìn)一步完善西瓜品質(zhì)評(píng)價(jià)體系，從而為西瓜的采收、分級(jí)、貯運(yùn)等提供一定的理論指導(dǎo)和數(shù)據(jù)支持，對(duì)減少西瓜腐爛損失，延長(zhǎng)鮮食品種供應(yīng)期有著重要的意義。 鑒于目前西瓜貯運(yùn)損傷引起品質(zhì)下降的問(wèn)題，針對(duì)國(guó)內(nèi)外西瓜力學(xué)損傷研究中存在的不足，

2、本文提出根據(jù)西瓜的壓縮特性和蠕變特性對(duì)其進(jìn)行研究，通過(guò)對(duì)自然狀態(tài)下完整西瓜進(jìn)行壓縮試驗(yàn)、蠕變?cè)囼?yàn)和隨貯藏時(shí)間變化的蠕變特性與品質(zhì)關(guān)系的試驗(yàn)研究，并在此基礎(chǔ)上利用有限元法對(duì)西瓜的力學(xué)特性進(jìn)行了仿真。通過(guò)試驗(yàn)研究和理論分析，得到如下結(jié)論: 1.在自然狀態(tài)下對(duì)完整西瓜進(jìn)行了壓縮試驗(yàn)，獲得了不同溫度、不同硬度、不同速度條件下西瓜不同壓縮部位的力-變形曲線并對(duì)其曲線進(jìn)行了分析，從曲線反映出有兩個(gè)可見(jiàn)特征點(diǎn):生物屈服點(diǎn)和破裂點(diǎn)，獲得了沿瓜梗

3、垂直壓縮的破壞極限比水平受壓的要大。 2.由曲線及對(duì)曲線擬合得到了不同條件下壓縮特性參數(shù):生物屈服極限、變形能、破壞極限、破壞能和剛度，分別獲得了不同溫度、硬度和速度條件下西瓜瓜梗水平受壓的剛度范圍20.6～42.5 N/mm，垂直受壓的剛度范圍27.9～62.3 N/mm;瓜梗水平受壓的破壞極限范圍845～1940 N，垂直受壓的破壞極限范圍1077～2432N；瓜梗水平受壓的破壞能范圍8.3～60.4Nm，垂直受壓的破壞能范

4、圍16.4～68.7Nm，對(duì)西瓜采收、貯運(yùn)、收獲和加工機(jī)械的設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)和數(shù)據(jù)支持。 3.研究了不同條件對(duì)壓縮特性參數(shù)的影響并對(duì)其進(jìn)行了方差分析，得到了溫度、速度、硬度對(duì)壓縮特性參數(shù)的影響都呈極顯著差異(顯著性概率Sig.值<0.01)。壓縮特性參數(shù)之間具有一定的相關(guān)性。 4.對(duì)西瓜的損傷機(jī)理進(jìn)行了分析。西瓜瓜梗水平受壓，最大力是在赤道平面的表皮處，方向沿子午線方向，裂紋沿子午線方向擴(kuò)展。瓜梗垂直受壓，瓜皮從瓜梗開(kāi)始

5、破裂，裂紋沿子午線方向。這說(shuō)明最大力是造成西瓜在壓縮載荷作用下產(chǎn)生破裂的原因，可用最大力來(lái)解釋西瓜宏觀破壞的機(jī)理。 5.建立了壓縮特性參數(shù)預(yù)測(cè)西瓜損傷體積和品質(zhì)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)方差分析所建數(shù)學(xué)模型有意義，說(shuō)明用壓縮特性參數(shù)可以預(yù)測(cè)西瓜的品質(zhì)和損傷程度。 6.運(yùn)用有限元法建立西瓜的壓縮模型.比較西瓜水平受壓的試驗(yàn)值和仿真值二者最大差異是10％;研究西瓜瓜梗垂直和水平受壓的承載特性-驗(yàn)證了仿真數(shù)值解的可行性。結(jié)果表明:在相同壓

6、力作用下，西瓜瓜梗垂直放置時(shí)，其受壓的應(yīng)力和應(yīng)變都小于水平受壓的情況。研究結(jié)果可為西瓜的貯藏、運(yùn)輸和加工等提供理論依掘。 7.獲得了不同加載力、不同溫度和不同硬度的蠕變曲線和相應(yīng)的蠕變特性參數(shù)(γ0、γ1、Trel、η2)，建立了西瓜的蠕變模型為四元件Burgers模型和相應(yīng)的本構(gòu)方程:D(t)=F0/γ0+F0/γ1(1-e-ι/τ)+F0/η2τ，分析了不同加載力、溫度和硬度對(duì)西瓜蠕變曲線、蠕變參數(shù)的影響，蠕變參數(shù)對(duì)蠕變曲線

7、的影響和蠕變參數(shù)之間的相關(guān)性。并對(duì)該本構(gòu)方程計(jì)算的西瓜蠕變結(jié)果與本試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了模擬，誤差在5％以內(nèi)，驗(yàn)證了理論結(jié)果的正確性。 8.在不同載荷作用下，西瓜的蠕變速率和蠕變變形均有所不同，載荷越大，蠕變速率越快，相應(yīng)變形也越大，達(dá)到極限變形值時(shí)西瓜產(chǎn)生損傷，所以可用臨界變形來(lái)解釋西瓜的蠕變損傷機(jī)理。 9.獲得了不同溫度、不同硬度和不同載荷下西瓜品質(zhì)(TSS、PH等)、蠕變及相應(yīng)的蠕變特性參數(shù)隨貯藏時(shí)間變化的曲線并分析了其變