西瓜壓縮及蠕變特性的研究.pdf

1、西瓜的采收、貯藏、運輸對其破損率均有很大影響。為了確保西瓜貯運、生產(chǎn)、加工、設(shè)計的合理性，需對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)特性和損傷機理。利用力學(xué)特性來指導(dǎo)西瓜檢測分級，進(jìn)一步完善西瓜品質(zhì)評價體系，從而為西瓜的采收、分級、貯運等提供一定的理論指導(dǎo)和數(shù)據(jù)支持，對減少西瓜腐爛損失，延長鮮食品種供應(yīng)期有著重要的意義。 鑒于目前西瓜貯運損傷引起品質(zhì)下降的問題，針對國內(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其進(jìn)行研究，通過對自然狀態(tài)下完整西瓜進(jìn)行壓縮試驗、蠕變試驗和隨貯藏時間變化的蠕變特性與品質(zhì)關(guān)系的試驗研究，并在此基礎(chǔ)上利用有限元法對西瓜的力學(xué)特性進(jìn)行了仿真。通過試驗研究和理論分析，得到如下結(jié)論: 1.在自然狀態(tài)下對完整西瓜進(jìn)行了壓縮試驗，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-變形曲線并對其曲線進(jìn)行了分析，從曲線反映出有兩個可見特征點:生物屈服點和破裂點，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，對西瓜采收、貯運、收獲和加工機械的設(shè)計提供理論指導(dǎo)和數(shù)據(jù)支持。 3.研究了不同條件對壓縮特性參數(shù)的影響并對其進(jìn)行了方差分析，得到了溫度、速度、硬度對壓縮特性參數(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.對西瓜的損傷機理進(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，瓜皮從瓜梗開始

5、破裂，裂紋沿子午線方向。這說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，可用最大力來解釋西瓜宏觀破壞的機理。 5.建立了壓縮特性參數(shù)預(yù)測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，說明用壓縮特性參數(shù)可以預(yù)測西瓜的品質(zhì)和損傷程度。 6.運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，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、溫度和硬度對西瓜蠕變曲線、蠕變參數(shù)的影響，蠕變參數(shù)對蠕變曲線

7、的影響和蠕變參數(shù)之間的相關(guān)性。并對該本構(gòu)方程計算的西瓜蠕變結(jié)果與本試驗結(jié)果進(jìn)行了模擬，誤差在5％以內(nèi)，驗證了理論結(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)到極限變形值時西瓜產(chǎn)生損傷，所以可用臨界變形來解釋西瓜的蠕變損傷機理。 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)隨貯藏時間變化的曲線并分析了其變