脐橙挤压损伤力学特性及其参数辨识方法

作     者：蒲应俊 李澳 王淑明 淳长品 陈子文 杨明金 杨玲 PU Yingjun;LI Ao;WANG Shuming;CHUN Changpin;CHEN Ziwen;YANG Mingjin;YANG Ling

作者机构：西南大学工程技术学院重庆400715 丘陵山区智能农机装备重庆市重点实验室重庆400715 西南大学园艺园林学院重庆400715 西南大学柑桔研究所/国家柑桔工程技术研究中心重庆400712 

出 版 物：《农业工程学报》 (Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering)

年 卷 期：2024年第40卷第22期

页      面：273-282页

核心收录：

学科分类：0828[工学-农业工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(52205284) 教育部产学合作协同育人项目(231102168202449) 浙江省种植装备技术重点实验室开放基金资助项目(2023E10013-04) 四川省现代农业装备工程技术研究中心课题(XDNY2023-002) 中央高校基本科研业务费项目(SWU-KQ24001) 

主　　题：脐橙 挤压 力学特性 机械损伤 参数辨识 抗压极限载荷 

摘      要：针对脐橙在采收及运输过程中受到外部载荷挤压所造成的损伤问题,该研究对脐橙受压形变过程展开试验,分析不同压缩尺度对脐橙损伤程度的影响,探究脐橙挤压损伤大小的参数辨识方法。通过对脐橙在横向、纵向和斜向的抗压强度试验,获得脐橙3个方向的载荷-位移曲线,确定准静态压缩试验的前置条件。在此基础上,研究脐橙在不同压缩位移条件下的损伤规律,通过测量脐橙在横向压缩前后受压方向上的尺寸变化得出脐橙挤压恢复系数;然后采用石蜡切片观察脐橙受压处果皮组织微观结构变化;并将压缩试验后的脐橙样品置于室温条件下避光贮藏,定期测量其质量损失率。结果表明:脐橙的横向压缩极限载荷均值小于纵向和斜向的载荷均值,当对脐橙施加横向压缩载荷时,果实挤压恢复系数在压缩位移达到12.5 mm时,脐橙挤压恢复系数显著降低,果皮油胞破裂,贮藏期内质量损失显著增大;而当压缩位移不超过10 mm时,果实挤压恢复系数接近于0.75,且果皮油胞完好无损,即脐橙果实几乎无损伤。通过试验和有限元仿真相结合的方法,分析了脐橙在不同压缩尺度下果皮及果肉的应力分布,仿真结果表明:脐橙果肉组织在12.5 mm压缩尺度下的应力已非常接近极限屈服应力,外部载荷对果肉组织先造成不可逆的塑性变形,验证了脐橙准静态压缩试验的准确性。因此,为确保脐橙在采运过程中不造成损伤,则脐橙受挤压形变范围应控制在10 mm以内,所受外载荷不超过63.24 N。该研究结果可为脐橙采运过程中的减损设计及采后储藏方式提供参考。