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基于电学特性的库尔勒香梨静压损伤程度量化研究

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农机化研究 2021年第9期43卷 194-198,214页

作者：范修文于世辉兰海鹏张宏张永成刘扬塔里木大学机械电气化工程学院新疆阿拉尔843300

静压是库尔勒香梨损伤中的一个重要形式,但对库尔勒香梨静压损伤程度的量化需亟待解决。为此,以库尔勒香梨为试验材料,对不同采摘期的库尔勒香梨进行静压损伤试验,依据电学特性测量库尔勒香梨静压后的电学参数,探究不同采摘时间变形量... 详细信息

静压是库尔勒香梨损伤中的一个重要形式,但对库尔勒香梨静压损伤程度的量化需亟待解决。为此,以库尔勒香梨为试验材料,对不同采摘期的库尔勒香梨进行静压损伤试验,依据电学特性测量库尔勒香梨静压后的电学参数,探究不同采摘时间变形量与损伤面积的关系,构建不同成熟度下库尔勒香梨电学参数值与损伤面积的数学模型,提出了一种基于电学特性的损伤程度量化评价方法。结果表明:在同一压缩变形量下库尔勒香梨成熟度越高,电学参数变化越显著,其损伤面积也越大。库尔勒香梨的电学参数变化值可表征其损伤面积,库尔勒香梨的损伤程度可由其损伤面积来表征,且库尔勒香梨电学参数变化值与损伤面积之间关系的数学方程均符合y=ax^(2)+bx+c模型。该模型可以实现不同成熟度下库尔勒香梨损伤程度的量化,为库尔勒香梨损伤程度的快速测量提供理论指导。

关键词：电学特性静压损伤损伤面积采摘期库尔勒香梨

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库尔勒香梨静压损伤机制及量化评价

库尔勒香梨静压损伤机制及量化评价

作者：杨欲晓塔里木大学

学位级别：硕士

库尔勒香梨皮薄肉脆,汁水丰盈,是新疆的特色农产品。但新疆地处我国西北边陲,从产地采摘到内地销售等一系列环节中难免受到静压损伤。果实受静压损伤造成组织细胞破裂后,极易遭受病原体感染,造成香梨腐烂,果实品质下降。故减小香梨静压... 详细信息

库尔勒香梨皮薄肉脆,汁水丰盈,是新疆的特色农产品。但新疆地处我国西北边陲,从产地采摘到内地销售等一系列环节中难免受到静压损伤。果实受静压损伤造成组织细胞破裂后,极易遭受病原体感染,造成香梨腐烂,果实品质下降。故减小香梨静压损伤,能较大程度降低农民经济损失。为此,本文以库尔勒香梨为研究对象,首先设计一套无损检测系统,该系统具有称重、测量电特性等用途,其次探究采摘期内香梨机械特性变化规律,分析采摘期内香梨静压变形量与损伤面积变化规律及微观结构下香梨受损细胞破裂情况,该部分研究有助于揭示香梨静压损伤成因,为减少香梨静压损伤提供理论参考;然后建立基于电特性的量化香梨静压损伤面积评价方法,实现对受静压损伤香梨的快速、简便、精确筛选;最后使用有限元法模拟香梨静压损伤过程,仿真预测香梨静压损伤面积,与基于电特性的量化香梨静压损伤面积评价方法做对比,提出量化香梨静压损伤面积的最优评价方法。研究主要结论如下:(1)采摘期内果实各机械特性参数均随采摘期的增大而减小,采摘期内果实极限屈服力变化范围为53.8 N～148.37 N,变形能变化范围为51.12 N?mm～322.52 N?mm,极限破裂力变化范围为78.28N～209.91 N,破裂能变化范围为96.91 N·mm～693.1 N·mm。采摘期内果实静压损伤面积随变形量的增加而增加。采摘期内果实硬度整体呈下降趋势,根据果实硬度曲线下降速率将采摘期9月1日～9月9日、9月9日～9月21日、9月21日～9月29日依次分为第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个阶段。第Ⅰ阶段、第Ⅲ阶段采摘香梨时,果实受静压损伤影响波动较小,第Ⅱ阶段采摘香梨时,果实受静压损伤影响波动较大,此阶段需赶时采摘,避免造成过多经济损失。(2)采摘期内,受静压损伤香梨的并联等效电阻Rp、复阻抗Z均小于正常香梨的Rp、Z,同一采摘期内,受损前后Rp、Z的差值均随香梨静压损伤面积的增大而增大,同一损伤面积下,受损前后Rp、Z的差值均随频率的增高而减小。采摘期内不同频率影响下,选取频率100k Hz和电学参数Z建立量化香梨静压损伤面积的评价方法,该组合建立的数学模型R的平均值为0.99,标准差为0.0057,为基于电特性的量化香梨静压损伤面积最佳评价方法。(3)基于电特性的量化香梨静压损伤面积最佳评价方法误差范围为0.94%～5.77%,基于有限元的量化香梨损伤面积最佳评价方法误差范围为2.88%～13.44%。对比发现,基于电特性法的量化香梨损伤面积评价方法更加精准。

关键词：库尔勒香梨静压损伤损伤面积电学特性有限元仿真

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基于电学特性的库尔勒香梨静压损伤规律研究

基于电学特性的库尔勒香梨静压损伤规律研究

作者：师广强塔里木大学

学位级别：硕士

本文以库尔勒香梨为例,研究香梨静压损伤过程中生物屈服极限、破坏极限、变形能、破坏能随压缩速率变化的规律,同时采用不同的缓冲材质分析了香梨的受压情况,初步探讨不同缓冲材料对香梨静压损伤变化规律的影响。分析了香梨基于电学特... 详细信息

本文以库尔勒香梨为例,研究香梨静压损伤过程中生物屈服极限、破坏极限、变形能、破坏能随压缩速率变化的规律,同时采用不同的缓冲材质分析了香梨的受压情况,初步探讨不同缓冲材料对香梨静压损伤变化规律的影响。分析了香梨基于电学特性的无损检测方法以及检测过程中香梨电学参数值随预紧力和电极尺寸的变化规律,最后结合香梨无损检测与静压损伤特性,建立了香梨电学参数变化值与损伤面积之间的关系,提出了一种基于电学特性的损伤程度量化评价方法。本文主要研究内容如下:(1)在不同压缩速率、不同摆放位置、不同缓冲材质条件下,利用万能试验压缩机测量分析香梨静压损伤机械特性参数变化规律,确定防护性能最优的包装材料和最佳摆放位置。(2)研究香梨在不同预紧力和电极尺寸下电学参数值的变化规律,建立不同电极尺寸下预紧力与电学参数值间的数学关系,不同预紧力下电极尺寸与电学参数值间的数学关系,对比分析电学参数值的变化规律。(3)对不同成熟度香梨进行静压损伤试验和电特性检测试验,分析不同变形量下香梨电学参数变化规律,确定不同成熟度香梨电学参数与损伤面积的数学关系,从而提出一种基于电学特性的无损检测的评价方法。研究结果表明,不同缓冲材质下压缩特性参数的曲线分布规律大致相同,生物屈服极限、破坏极限、变形能、破坏能均随着压缩速率的增大逐渐增大,屈服极限和破坏极限在随压缩速率增大而增加的过程中有极值存在,当使用泡沫材质进行受压时,香梨机械损伤最小。电极尺寸和预紧力的变化对库尔勒香梨电学参数值均有一定的影响,但预紧力对库尔勒香梨电学参数值的影响更为显著。香梨的损伤程度可用香梨的损伤面积来表示,电学参数变化值可表征香梨的损伤程度。同一压缩变形量下香梨成熟度越高,电学参数变化值越显著,损伤面积也越大。香梨电学参数变化值与损伤面积之间关系的数学方程均符合y=ax+bx+c模型。该模型可以实现不同成熟度香梨损伤程度的量化,为香梨损伤程度的快速测量提供理论指导。

关键词：电学特性静压损伤缓冲材料变形量损伤面积

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库尔勒香梨静压损伤表征方法研究

库尔勒香梨静压损伤表征方法研究

作者：李小龙塔里木大学

学位级别：硕士

库尔勒香梨是南疆支柱水果产业之一,因口感甘甜、皮薄肉细、汁多肉甜而驰名中外。库尔勒香梨上市销售前需经受繁琐的加工过程,而造成不同程度的机械损伤,这些机械损伤类型众多,主要有静压、冲击、振动及各种复合负载等形式,其中静压损... 详细信息

库尔勒香梨是南疆支柱水果产业之一,因口感甘甜、皮薄肉细、汁多肉甜而驰名中外。库尔勒香梨上市销售前需经受繁琐的加工过程,而造成不同程度的机械损伤,这些机械损伤类型众多,主要有静压、冲击、振动及各种复合负载等形式,其中静压损伤是机械损伤的主要组成类型。现阶段库尔勒香梨入库贮藏前损伤检测技术尚不完善,导致有损与无损库尔勒香梨发生混贮现象,缩短库尔勒香梨货架期。因而鉴别损伤库尔勒香梨、明晰静压损伤对库尔勒香梨货架期的影响是目前亟需解决的问题,为库尔勒香梨产业的减损增值提供指导,促进库尔勒香梨产业高质量发展。围绕库尔勒香梨采后流通过程中迫切需要解决的分级耗时、分级不精、损伤鉴别难等重要的问题进行了研究,探讨了随库尔勒香梨果实重量的变化电学特性变化情况,利用电学特性构建库尔勒香梨果实重量量化模型,通过实验室模拟了静压损伤程度,阐明损伤香梨电特性变化规律,构建电学特性的库尔勒香梨静压损伤鉴别模型。同时,研究了正常香梨不同采摘时间及静压条件对电参数的影响状况,受损香梨贮藏时间对电参数的影响状况,明晰不同采摘时间、不同静压条件、贮藏时间对香梨受损的影响规律,为表征库尔勒香梨静压损伤程度提供参考。利用电学特性技术对采后流通过程中库尔勒香梨的电学特性进行了检测,建立了利用电学特性检测采后库尔勒香梨静压损伤程度的模型,有助于完善库尔勒香梨在流通过程中的静压损伤鉴别检测。本文研究内容如下:(1)开展库尔勒香梨静压损伤贮藏试验。分析不同变形量下,香梨贮藏腐烂率达10%时的贮藏时间。通过压缩库尔勒香梨出现肉眼可辨识的外表损伤为临界点,探究不同静压条件下香梨贮藏时间的长短,不同的静压条件改变了库尔勒香梨内部结构,导致细胞壁、细胞膜的破坏,缩短了贮藏时间,导致库尔勒香梨的销售量减少。通过试验可以发现,静压变形量越大,对库尔勒香梨的贮藏时间影响较大,缩短了货架期。(2)采用电学特性对库尔勒香梨重量的标定研究。选取最适采摘期的库尔勒香梨为试验材料,采集不同质量的库尔勒香梨的电学参数变化数据,阐释不同质量库尔勒香梨电学特性变化规律,以期为库尔勒香梨的分级提供新的方法。得出质量与电学特性的关系模型为y=a+bx+cx,最优检测模型是1MHz频率下的并联等效电容y=-21.7210+0.3655x-7.9441x。(3)利用电学特性检测静压损伤的库尔勒香梨,分析不同静压条件对电特性的影响规律,构建静压损伤鉴别模型,确定静压损伤表征方法。不同静压条件对库尔勒香梨贮藏时间影响不同,静压变形量小于3mm时,变形量对贮藏时间影响较小,3mm以后变形量对贮藏时间影响较大,随变形量的增加,贮藏时间减少,货架期缩短。在测试频率范围内,各电学参数随变形量的增加而有规律的变化,随变形量的增加,并联等效电容(Cp)增大,复阻抗(Z)不断增大,品质因数(Q)不断增大,并联等效电阻(Rp)不断减小;Cp在同一测试条件下不断减小,Rp、Z及Q在同一测试条件下不断增加;在同一贮藏期内,Cp、Rp和Z随着测试频率的增加不断减小,Q与测试频率正向增加。在不同采摘时间检测静压损伤时,100k Hz频率下变形量与并联等效电容的数学模型最优;100k Hz频率下变形量与并联等效电阻的数学模型最优;1MHz频率下变形量与复阻抗的数学模型最优;10k Hz频率下变形量与品质因数的数学模型最优;在试验特定测试频率下,建立静压损伤变形量与电学参数之间的数学模型,拟合效果良好,表明构建的电学特性数学模型可鉴别表征库尔勒香梨静压损伤程度。综合而言,1MHz频率下Z与变形量模型建立最优,不同采摘时间拟合系数均大于0.9690。(4)贮藏期基于库尔勒香梨静压损伤表征方法。在特定频率内,贮藏时间的延长,Cp值也随之增大,Q、Z和Rp值随之减小。在不同贮藏时间1MHz频率下变形量与并联等效电容的数学模型最优;1MHz频率下变形量与并联等效电阻的数学模型最优;1k Hz频率下变形量与复阻抗的数学模型最优;100k Hz频率下变形量与品质因数的数学模型最优;各测试频率下的电学参数二次函数模型拟合较优,可通过所建模型鉴别贮藏期库尔勒香梨静压损伤情况。贮藏期静压损伤香梨,在不同贮藏时间的模型建立中,在1MHz频率下Cp与变形量模型建立最优,拟合系数均大于0.9738。

关键词：库尔勒香梨电学特性静压损伤无损检测

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库尔勒香梨损伤能量对损伤程度影响研究

库尔勒香梨损伤能量对损伤程度影响研究

作者：栗翠塔里木大学

学位级别：硕士

库尔勒香梨是新疆南部特有的一种水果,具有味甜爽滑、皮薄肉细等特点,被称为“梨中珍品”。库尔勒香梨在采摘、分级、包装、运输、贮藏等过程中极易遭受机械损伤,常见的机械损伤有静压损伤、冲击损伤以及复合载荷损伤,而不同载荷形式对... 详细信息

库尔勒香梨是新疆南部特有的一种水果,具有味甜爽滑、皮薄肉细等特点,被称为“梨中珍品”。库尔勒香梨在采摘、分级、包装、运输、贮藏等过程中极易遭受机械损伤,常见的机械损伤有静压损伤、冲击损伤以及复合载荷损伤,而不同载荷形式对其造成损伤的根本原因是香梨吸收的损伤能量大小,因此揭示不同损伤形式的损伤能量与损伤体积的关系可有效减小香梨的机械损伤。目前库尔勒香梨的损伤仅能通过其损伤结果推测损伤过程,而无法对其内部结构的损伤变化过程进行深入探究,尚无合理的损伤控制方法或减损依据。因此,本文基于有限耦合离散单元法,分析库尔勒香梨在不同载荷作用形式下的损伤过程,揭示不同载荷形式下库尔勒香梨损伤能量与损伤体积的关系,为库尔勒香梨的减损提供理论依据。本文以库尔勒香梨为研究对象,通过测定库尔勒香梨物理力学特性,建立库尔勒香梨数值模型;通过有限耦合离散单元法分析库尔勒香梨在不同载荷形式下的损伤过程,并进行库尔勒香梨损伤试验验证,揭示不同载荷形式的香梨损伤机理。本文主要研究结论如下:（1）测定研究选取的库尔勒香梨样本几何平均直径为70 mm、重量为110 g、果皮硬度为11kg/cm2、果肉硬度为7.5 kg/cm2。依据所测出的库尔勒香梨果实物理特性参数和力学特性参数,使用Abaqus软件建立了香梨数值模型,划分了符合库尔勒香梨模型的网格尺寸,分析了加载速度敏感性,并对该模型进行验证,获得香梨数值模拟压缩力学特性曲线与实际压缩力学特性曲线拟合度较高,决定系数R2=0.9737。（2）通过对库尔勒香梨进行有限耦合离散单元法数值模拟,分析了压缩量3 mm、4 mm、5mm、6 mm、7 mm对库尔勒香梨损伤结果的影响,发现随着变形量的增加,香梨的损伤程度逐渐由无损伤、隐性损伤过渡为显性损伤,香梨果实产生的损伤体积越大,应力传递也在逐渐增加;通过库尔勒香梨冲击损伤数值模拟,分析了跌落高度200 mm、500 mm、700 mm、1000 mm对库尔勒香梨损伤结果的影响,发现随着跌落高度的增加,库尔勒香梨果实产生损伤的体积越大,应力也在逐渐增大。库尔勒香梨在静压损伤和冲击损伤两种单一载荷作用下,同等损伤能量下的损伤体积差异较小,决定系数R2=0.9819。由复合载荷数值模拟获得库尔勒香梨在静压–冲击试验与冲击–静压试验时对香梨造成的损伤结果无先后顺序影响,其损伤体积决定系数R2=0.9899。（3）当损伤能量在203.4×10-3–498.23×10-3J范围内,香梨静压损伤体积与冲击损伤体积呈线性相关,决定系数R2=0.9944;验证试验预测香梨损伤体积与实际香梨损伤体积最大偏差为4.4%,得出库尔勒香梨静压损伤、冲击损伤的相关关系。经试验验证库尔勒香梨在不同变形量和不同跌落高度下,其无论是静压–冲击复合载荷还是冲击–静压复合载荷无先后顺序之分,损伤体积决定系数R2=0.9521。当复合载荷损伤体积为1527.36 mm3、2265.63 mm3、4215.62 mm3时,对应的静压损伤体积分别为1526.33 mm3、2435.36 mm3、4221.33 mm3,变形量依次为3 mm、5mm、7mm。以上结果表明香梨静压损伤体积与复合载荷损伤体积的决定系数R2=0.9948。

关键词：库尔勒香梨静压损伤冲击损伤损伤体积损伤能量