莲子破裂最佳位置的有限元模拟及试验研究

摘要

莲子富含蛋白质、脂肪及钙、磷、铁等多种矿物质，具有很高的滋补和药用价值。随着人们生活水平的提高和保健意识的增强，莲子的需求量也逐年提高，因此对莲子的生产和加工提出了更高的要求。而莲子品种繁杂，尺寸差异较大、形状不规则、壳仁间隙小，因而破壳取仁难度较大。目前的脱壳技术适应性不高，无法根据莲壳的不同硬度调节切割力，这样就造成了嫩莲易切断、老莲切不动的尴尬局面。在脱壳过程中，莲仁破碎的程度与莲壳和莲仁的物理、机械特性、莲子品种及施加力的大小和方式等因素有关。目前市场上的一些脱壳设备往往没有将上述因素考虑进去，因此导致了莲子加工效率偏低，浪费严重。要设计出较理想的莲子脱壳设备，就必须对不同品种莲子的有关物理和机械特性进行大量测试和研究，全面深入研究莲子的脱壳机理，寻找到较为有效的脱壳方式，为脱壳设备的研制提供必要参数。 课题在了解国内外物料特性及坚果类脱壳技术的相关研究工作的基础上，确定了研究莲子物理机械特性的试验方案，即选择莲子等级、含水率、淀粉含量、加载速率、加载位置以及楔入角度作为试验因素，在万能材料试验机上分别测得莲子破裂时的破壳力和破壳变形量指标，分析确定各因素与测量指标的关系。试验结果表明，莲子是弹塑性体，其破壳力、破壳变形量与各试验因素间存在线性或非线性关系。 在实验研究的基础上，应用商用有限元受力分析软件ANSYS对在各种施力状态下莲子的应力应变分布进行了仿真分析。确定最佳脱壳的施力方式是沿莲子短轴方向加载均布线载荷，这时莲子的应力应变分布有一定方向性，有利于裂纹扩展，使莲子有效脱壳。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1课题研究的目的及意义

1.2国内外研究概况

1.3研究内容

第二章莲子的几何特征和物理参数

2.1引言

2.2材料和方法

2.2.1测试样品

2.2.2试验仪器

2.2.3测试方法

2.3结果分析

2.3.1含水率

2.3.2外形尺寸

2.3.3密度

2.3.4莲子物理参数与含水率关系回归分析

2.4本章小结

第三章干壳蓬机械特性的试验研究

3.1引言

3.2材料和方法

3.2.1样品备制

3.2.2试验装置

3.2.3试验方法

3.3试验结果与分析

3.3.1加载速率对破壳力、破壳变形量的影响

3.3.2莲子等级对破壳力、破壳变形量的影响

3.3.3加载点对破壳力的影响

3.3.4楔入角度对破壳力、破壳变形量的影响

3.4二次回归通用旋转试验设计

3.4.1试验方案

3.4.2试验因素水平编码

3.4.3试验结果及分析

3.5本章小结

第四章不同成熟期莲子的机械特性

4.1概况

4.2材料和方法

4.2.1试验材料

4.2.2测试方法

4.2.3试验装置

4.3试验结果和讨论

4.3.1基本尺寸和质量的变化

4.3.2不同成熟期莲子的力-变形曲线

4.3.3含水率对破壳力、破壳变形量的影响

4.4本章小结

第五章莲子受力有限元分析

5.1有限单元法与ANSYS简介

5.1.1有限单元分析方法介绍

5.1.2 ANSYS软件概述

5.2莲子有限元分析模型

5.2.1有限元分析流程

5.2.2莲子有限元模型的物理参数

5.2.3莲子有限元模型的单元类型选择

5.2.4莲子的不同受力工况

5.3莲子在不同受力工况时有限元分析结果

5.3.1莲子承受短轴向集中力载荷

5.3.2莲子承受短轴向均布线载荷

5.3.3莲子承受短轴向均布面载荷

5.4本章小结

第六章结论与讨论

6.1结论

6.2讨论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

附录