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蓖麻蒴果力学特性的有限元分析

江苏大学学报（自然科学版） 2010年第4期31卷 383-387页

作者：曹玉华李长友卿艳梅孔德兵华南农业大学工程学院广东广州510642

以淄蓖麻五号为研究对象,对蓖麻蒴果断面形状及结构特点加以描述和测量,并应用有限元分析方法对蓖麻蒴果在压载作用下顶部和中部的应力分布进行分析,建立了蓖麻蒴果几何模型和有限元模型.研究结果表明:蓖麻蒴果果壳破裂的主要原因是由... 详细信息

以淄蓖麻五号为研究对象,对蓖麻蒴果断面形状及结构特点加以描述和测量,并应用有限元分析方法对蓖麻蒴果在压载作用下顶部和中部的应力分布进行分析,建立了蓖麻蒴果几何模型和有限元模型.研究结果表明:蓖麻蒴果果壳破裂的主要原因是由最大拉应力引起果壳破裂.顶部压载荷作用时,最大拉应力的位置在蒴果果柄顶部中缝处,拉应力引起中果皮内面产生裂纹;而中部压载荷作用时,最大拉应力的位置出现在蒴果中果皮中缝的两端,拉应力也引起中果皮四周角靠近直线处的内面产生裂纹.

关键词：蓖麻蒴果力学特性有限元分析模型

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蓖麻蒴果剥壳力学特性的试验

江苏大学学报（自然科学版） 2009年第5期30卷 446-449页

作者：曹玉华李长友卿艳梅顾亦鸣张增学何建飞华南农业大学工程学院广东广州510642

为了实现蒴果壳与蓖麻籽成功剥离,载荷的大小以及载荷来自的方位相当重要.在蓖麻蒴果壳的物理特性测定分析基础上,运用接触力学对蓖麻蒴果脐部与顶部和腰部受到压载荷时,进行力学特性的试验分析与研究.结果显示蒴果在脐部与顶部受到压... 详细信息

为了实现蒴果壳与蓖麻籽成功剥离,载荷的大小以及载荷来自的方位相当重要.在蓖麻蒴果壳的物理特性测定分析基础上,运用接触力学对蓖麻蒴果脐部与顶部和腰部受到压载荷时,进行力学特性的试验分析与研究.结果显示蒴果在脐部与顶部受到压载荷作用时,果壳破裂的位置在蒴果顶部中缝处,中果皮内面产生裂纹而使蓖麻籽在果壳中脱出;蒴果在腰部受到压载荷作用时,果壳破裂的位置出现在蒴果中果皮中缝的两端,蒴果四周角靠近直线处也有裂纹而使蓖麻籽在果壳中脱出,蓖麻蒴果脐部与顶部受力大于腰部受力.

关键词：蓖麻蒴果蓖麻籽剥壳载荷力学特性

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蓖麻蒴果力学特性试验及仿真研究

沈阳农业大学学报 2018年第5期49卷 574-583页

作者：侯俊铭李金澎何涛杨勇白晶波姚恩超沈阳农业大学工程学院沈阳110161

为探究蓖麻蒴果破壳力变化规律及破裂机理,以1987品种、通蓖7号、通蓖9号及通蓖11号为研究对象,首先计算其球度,并采用WDW-2型微机电子万能试验机进行准静压力学特性试验,测得4个含水率下的蓖麻蒴果在顶部加载及中部加载下的破壳力,并... 详细信息

为探究蓖麻蒴果破壳力变化规律及破裂机理,以1987品种、通蓖7号、通蓖9号及通蓖11号为研究对象,首先计算其球度,并采用WDW-2型微机电子万能试验机进行准静压力学特性试验,测得4个含水率下的蓖麻蒴果在顶部加载及中部加载下的破壳力,并根据试验结果将破壳过程分为达到破壳力、外种皮破裂及籽粒破损三个阶段。试验结果表明:品种对球度无显著影响;品种对破壳力有显著影响,1987品种蒴果破壳力最小,通蓖7号及通蓖11号次之,通蓖9号最大;含水率对破壳力有极显著影响,破壳力与含水率呈二次曲线关系;加载方式对破壳力有显著影响。其次将蓖麻蒴果视为球体,计算其在51.26N的作用下球心应力为0.80MPa。最后以通蓖11号蒴果为例,对破壳各阶段进行有限元分析。结果表明:顶部加载下达到破壳力时室与室结合破坏,在内侧形成缺口,外种皮破裂时裂纹在缺口处延伸,单室蒴果在法向最大轴线处种皮破裂,籽粒破损时籽粒裂纹在法向最大轴线处形成;中部加载下达到破壳力时,外种皮破裂阶段与顶部加载相同,籽粒破损阶段裂纹出现在切向最大轴线处。仿真分析得到的裂纹与试验结果一致,中心点处应力计算值与仿真结果比值为1.17。研究结果可为蓖麻蒴果脱壳机关键部件的设计提供参考。

关键词：蓖麻蒴果破壳力有限元破裂机理

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蓖麻蒴果脱壳过程仿真与试验研究

蓖麻蒴果脱壳过程仿真与试验研究

作者：李金澎沈阳农业大学

学位级别：硕士

蓖麻具有很大的开发应用价值,蓖麻蒴果脱壳效果直接影响其加工产品的质量。目前蓖麻蒴果脱壳率低,损伤率高,根本原因在于脱壳机械缺乏必要的理论指导,其中脱壳关键部件的参数设计与脱壳过程有关,因此研究蓖麻蒴果脱壳过程具有重要意义... 详细信息

蓖麻具有很大的开发应用价值,蓖麻蒴果脱壳效果直接影响其加工产品的质量。目前蓖麻蒴果脱壳率低,损伤率高,根本原因在于脱壳机械缺乏必要的理论指导,其中脱壳关键部件的参数设计与脱壳过程有关,因此研究蓖麻蒴果脱壳过程具有重要意义。本文研究了蓖麻蒴果物理力学特性,采用有限元方法分析单个蒴果压缩试验下的破裂规律,确定离散元分析所需主要参数,建立离散元脱壳过程分析模型,研究脱壳过程中物料群体运动规律,并设计试验台进行验证。主要研究内容如下:(1)对典型品种蓖麻蒴果球度、含水率及破壳力进行试验及分析。测量不同品种蓖麻蒴果的三轴尺寸,计算球度;对不同品种、不同含水率的蓖麻蒴果进行顶部及中部方向压缩试验,进行力学特性分析,并对脱壳阶段进行划分。(2)研究单个蒴果压缩试验下的破裂规律。以通蓖11号蒴果为样本,通过压缩试验测量各破裂阶段的加载力,并利用有限元方法分析其破裂规律并进行试验验证,为脱壳模型的建立提供参考。(3)确定蓖麻蒴果离散元分析所需关键参数。测量品种1987、通蓖11号蓖麻蒴果的摩擦系数、碰撞恢复系数及休止角,以休止角为响应值进行离散元仿真试验,得到最优参数组合,采用该组参数进行休止角仿真试验并将仿真结果与测量值比较,确定关键参数。(4)采用搓压式脱壳原理,研究脱壳过程中蓖麻蒴果的群体运动规律。以通蓖11号蓖麻蒴果为样本,建立离散元脱壳分析模型。以转速、脱壳间隙及填充量为因素进行仿真试验,利用响应面法分析各因素对最大压力、最大速度、内滚筒受力及脱壳率的影响;针对一组试验进行脱壳阶段划分,对各阶段物料分布、运动及受力进行分析。(5)验证脱壳过程中蓖麻蒴果群体运动规律。以离散元仿真脱壳模型为基础,设计蓖麻蒴果脱壳试验台,将仿真中物料分布及脱壳率试验结果对比;以转速、脱壳间隙及填充量为因素,脱壳率、损伤率及生产率为指标,对试验台工作参数进行研究,并将脱壳率最优组合与仿真结果进行对比。本文研究为蓖麻蒴果脱壳机械及其关键部件设计提供理论支持,为开发高效低耗的蓖麻蒴果脱壳机械提供参考,同时为农业物料脱壳研究提供一种新方法。

关键词：蓖麻蒴果力学特性参数标定离散元分析脱壳过程

基于有限元的蓖麻蒴果脱壳碰撞损伤规律及试验研究

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基于有限元的蓖麻蒴果脱壳碰撞损伤规律及试验研究

作者：杨勇沈阳农业大学

学位级别：硕士

蓖麻蒴果属于含油率较高的农业物料,在航空航天、医药等领域具有重要的应用价值,而蓖麻油的品质与其脱壳质量有着重要关系。传统的蓖麻蒴果脱壳设备大多采用经验设计方法,市场上现有的脱壳设备普遍存在脱壳效率不高、损伤率过大等缺点... 详细信息

蓖麻蒴果属于含油率较高的农业物料,在航空航天、医药等领域具有重要的应用价值,而蓖麻油的品质与其脱壳质量有着重要关系。传统的蓖麻蒴果脱壳设备大多采用经验设计方法,市场上现有的脱壳设备普遍存在脱壳效率不高、损伤率过大等缺点。因此,深入分析蓖麻蒴果的力学特性及碰撞损伤规律对其脱壳设备的改进和优化设计提供理论参考。本文具体研究内容及结论如下:（1）选取典型品种（哲蓖4号和通蓖17号）蓖麻蒴果进行三轴尺寸统计,确定球度分布特性,通过排液法测得其外壳和籽粒的密度参数;基于静力学试验,得出屈服强度、硬度与其含水率的关系;基于蓖麻碰撞反弹时的运动规律,结合高速摄影设备,建立蓖麻蒴果碰撞恢复系数的数学模型,并通过混合正交试验,得出蓖麻蒴果碰撞恢复系数的范围为0.2688～0.4264之间。（2）基于经典赫兹理论,引入接触指数和能量损失因子,建立蓖麻蒴果正面碰撞时动力学模型和能量损失模型,通过变步长龙格库塔算法对其力学模型进行数值求解,得出不同接触指数的受力与变形规律、变形量与法向应力场的规律以及径厚比与能量损失因子、能量损失的变化规律。结果表明:蓖麻蒴果正面碰撞时,接触指数对其受力变形有一定的影响,且碰撞动能损失较小。此外,基于MATLAB语言平台,开发蓖麻蒴果弹性碰撞力学参数计算软件界面COCPS 1.0版本。（3）通过拉格朗日算法程序,对蓖麻蒴果与脱壳部件及脱壳过程的碰撞进行有限元分析,得出蓖麻蒴果外壳和籽粒总变形量及等效应力的变化规律;运用ANSYS/Design Exploration优化模块进行OSF最优填充试验设计,并对其进行响应面分析,得出蓖麻蒴果在不同速度下的总变形量、等效应力云图和指定路径的变形受力规律,并找出蓖麻蒴果碰撞破壳规律。（4）基于落镖式冲击载荷试验台和高速摄影设备,针对典型蓖麻蒴果品种,以含水率、碰撞高度、碰撞角度为试验因素,最大冲击力和法向变形量为试验指标,对其进行三元二次通用旋转组合回归试验,通过最小二乘法得出最大冲击力和法向变形量的标准三元二次多项式回归代理模型。同时,基于试验结果确定蓖麻蒴果碰撞损伤程度的等级划分,并结合多目标优化算法（NSGA-Ⅱ）,得出满足蓖麻蒴果破壳条件的最佳参数组合,且最大冲击力的试验值与理论值相接近。

关键词：蓖麻蒴果碰撞恢复系数遗传算法碰撞损伤多目标优化

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搓压式蓖麻脱壳机脱壳过程运动分析与试验

农业机械学报 2020年第S2期51卷 220-232页

作者：侯俊铭姚恩超李金澎白晶波杨勇朱红杰沈阳农业大学工程学院沈阳110866

为优化蓖麻蒴果柔性脱壳装置的脱壳过程参数,基于离散元粘结接触理论,构建蓖麻蒴果脱壳过程仿真模型,对物料在脱壳室内运动过程进行分析。结果表明,当滚筒转速为250 r/min、脱壳间隙为7 mm、填充率为40%时,脱壳率最高。滚筒转速对颗粒... 详细信息

为优化蓖麻蒴果柔性脱壳装置的脱壳过程参数,基于离散元粘结接触理论,构建蓖麻蒴果脱壳过程仿真模型,对物料在脱壳室内运动过程进行分析。结果表明,当滚筒转速为250 r/min、脱壳间隙为7 mm、填充率为40%时,脱壳率最高。滚筒转速对颗粒受到的最大压力和最大速度影响显著,随着转速的增加,颗粒间最大挤压力从68.78 N减小到68.10 N,颗粒最大速度从8.92 m/s增加到12.99 m/s,脱壳率从91.23%增加到91.28%,然后下降到88.89%。脱壳间隙对颗粒的最大压力和最大速度有显著影响,随着脱壳间隙增加,颗粒最大压力从76.93 N下降到58.69 N,颗粒最大速度先由12.14 m/s增加至12.99 m/s,后减小至10.05 m/s;脱壳率先由92.50%减小至89.59%,后增加至91.41%。蓖麻蒴果在脱壳过程中,颗粒在X轴方向运动的平均速度从4.17 m/s减小到3.26 m/s;颗粒在Y轴方向运动的平均速度从8.26 m/s减小到7.59 m/s;颗粒在Z轴方向运动的平均速度从6.58 m/s减小到6.24 m/s。开始脱壳阶段,蓖麻蒴果集中分布在脱壳室中部,部分呈堆积现象,其运动轨迹为接触内滚筒后弹起一定高度后下落并随内滚筒转动,向出料口方向运动;稳定脱壳阶段,蓖麻蒴果集中均匀分布在脱壳室出料口附近,并随着内滚筒一起转动;脱壳结束阶段,物料集中分布在脱壳室出料口底部位置,并不断向底部位置移动,大部分蓖麻从脱壳室右侧排出。通过仿真得到脱壳过程最优参数组合为:转速350 r/min、脱壳间隙5 mm、填充率40%。试验结果为:转速350 r/min、脱壳间隙5 mm、填充率30%,因3个因素中转速和脱壳间隙为极显著因素,填充率为显著因素,故差异在合理范围内。

关键词：蓖麻蒴果离散元法运动仿真脱壳过程试验