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不规则果形梨果的振动模态分析及硬度评估研究

不规则果形梨果的振动模态分析及硬度评估研究

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作者：王鹏石河子大学

学位级别：硕士

梨果是我国仅次于苹果和柑橘的第3大水果,梨果产业发展对果农增收致富意义重大。对梨果品质等级分级可以提高梨果商品价值,硬度是梨果重要的内部品质,传统硬度检测指标S仅适用于评价近球形果蔬硬度。对于果形不规则的梨果,因受果形影响... 详细信息

梨果是我国仅次于苹果和柑橘的第3大水果,梨果产业发展对果农增收致富意义重大。对梨果品质等级分级可以提高梨果商品价值,硬度是梨果重要的内部品质,传统硬度检测指标S仅适用于评价近球形果蔬硬度。对于果形不规则的梨果,因受果形影响无法采用传统硬度检测指标准确评估其硬度。因此,有必要基于共振频率构建一种适于评价果形不规则梨果硬度的指标。本研究采用傅里叶描述子对梨果轮廓进行描述,并将试验模态分析和有限元模态分析相结合,研究果形对不规则梨果振动频率的影响规律,基于振动频率和果形描述子构建硬度评估指标。论文的主要结论如下:(1)啤梨振动试验获得了弯曲模态、挤压模态和呼吸模态,弯曲模态在梗端振动变形较大,在萼端几乎不发生振动变形;挤压模态最大振动变形发生在赤道部;呼吸模态在梗端和萼端振动变形较大。当采用单轴加速度传感器感测啤梨共振频率时,应选择啤梨赤道部为感测振动信号的适宜位置。(2)采用啤梨试验模态分析结果对有限元计算结果校正,校正后频率的有限元计算结果与振动模态试验结果的相对误差不超过3.25%,啤梨有限元模态分析结果有效,因此可采用有限元法研究啤梨振动特性。(3)啤梨果形信息主要集中在幅值较大的傅里叶描述子中,采用15个傅里叶描述子重建的啤梨轮廓与啤梨原轮廓有很高的吻合度,表明前15个描述子足以描述啤梨果形特征。(4)基于挤压模态的共振频率(f)和傅里叶描述子F构建硬度指标S,可消除果形对啤梨硬度评估的影响。采用本研究提出的硬度评价指标检测啤梨硬度变化的敏感度为75.81%,与其它研究报道的频率评估指标相比,硬度指标S对啤梨硬度变化的评价更准确,可用于果形复杂梨果硬度的较精确评估。(5)在各频率硬度评价指标中,本研究室提出的双频硬度指标S对香梨硬度变化评估的敏感度较其它几种频率指标高,为76.38%;硬度评价指标S对香梨硬度变化的敏感度为74.69%,也适用于香梨硬度变化评估,但不如双频指标S对香梨硬度变化评价准确。本研究采用振动模态分析方法研究傅里叶描述子对共振频率的影响规律,构建含有傅里叶描述子和共振频率的硬度评估指标用于准确评价不规则果形梨果硬度,研究结果可为不规则果形梨果硬度评价提供参考。

关键词：傅里叶描述子模态分析果形硬度评价指标共振频率

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