谷物力学特性与理化指标及其关联性研究

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1、分类号密级UDC单位代码10733甘肃农业大学硕士学位论文谷物力学特性与理化指标及其关联性研究RelatedStudyonMechanicalCharacteristicandPhysicochemicalPropertyofCorn张涛指导教师姓名张锋伟教授(甘肃农业大学兰州730070)学科专业名称农业机械化工程研究方向谷物力学论文答辩日期2015年5月18日学位授予日期2015年6月答辩委员会主席安世才评阅人赵武云程兴田2015年6月甘肃农业大学2015届硕士学位论文摘要针对谷物理化品质与力学特性的相关性研究较少，对玉米、小麦的力学特性

2、研究较多，其它谷物研究较少等问题，本文选择自然干燥条件，粒形、色泽相近的不同谷物品种，在谷物理化品质与力学特性相关性的研究中借助我校农学院现有的实验设备拟定农学试验方案，并利用万能试验机对谷物进行针尖压入、压缩、剪切试验测其相应的试验指标，得到指标之间的相关性系数，并建立了回归方程，通过针尖压入法对谷物籽粒进行加-卸载实验，把求弹塑性材料力学特性的方法运用到谷物材料微观力学性能的研究中，把计算得到的弹性模量、屈服应力、接触刚度添加到abaqus的材料属性模块对压痕过程进行模拟仿真，并对仿真和实验曲线进行拟合来验证T.A.Venkatesh反向

3、分析运算法则在谷物籽粒材料特性研究中的准确性，并探讨了谷物硬度与力学特性之间的关系。本研究为拓宽种子科学与植物力学的研究领域提供了新的思路与方法，为谷物育种、粮食加工等相关环节提供了新的力学指标，对今后谷物的微观力学研究具有重要意义。本论文的主要研究工作和结论如下：（1）自然干燥的豆类含水率的范围在6.82%~13.79%之间，其中陇豆2号的含水率最大，为13.79%，而燕农2号的含水率为最低，平均值为6.82%。千粒重分布范围是179.64g~307.35g之间，其中绿豆和红豆的重量较小，分别是179.64g、209.85g，陇豌3号、食荚

4、大菜豌3号、珍珠绿、燕农2号、S4008、陇豆2号的千粒重较为接近，差异性不是很大，其平均值是282.40g。（2）豆类作物灰分含量的范围在1.12%~5.06%之间，平均值为3.15%，粗脂肪含量的范围在1.26%~6.12%之间，平均值是3.48%，与灰分含量的平均值较为接近，但整体受品种影响差异性较大，粗淀粉的百分含量范围在20.36%~53.37%之间，平均值为41.45%，粗纤维的百分含量范围在2.18%~8.28%之间，平均值为5.93%，不同豆类品种之间粗蛋白质的含量范围在10.29%~34.15%之间，平均值是22.45%，但

5、整体上是占谷物主要的化学成分之一。（3）利用针尖压入法测得谷物硬度分布在29.76MPa~38.94MPa之间，接触刚度分布范围在431.04N/mm~116.44N/mm。就单因素放置方式的不同可得到平放时的弹性模量、最大破裂力、破损强度稍高于侧放，而侧放大于立放时的值，这是由于接触面积平放>侧放>立放，立放时接触面积最小，而发生应力集中，所以很容易发生破裂。由于剪切力与剪切面的面积有关，籽粒腹面纵切的面积要大于横切的面积，所以最终试验结果纵向剪切峰值的平均值要大于横向剪切峰值的平均值。Ⅰ甘肃农业大学2015届硕士学位论文（4）硬度与力学特

6、性指标之间存在显著的非线性关系，同时可知硬度在38.94MPa左右时，破损强度、弹性模量、最大破裂力最小。在相关性分析的基础上，选出谷物的接触刚度和硬度作为生物力学的评价指标，得到谷物生物力学指标与理化品质指标间的非线性回归模型，并检验回归得到的模型均显著，因此可对相应指标进行预测。（5）仿真分析得到的载荷-深度曲线与实验曲线对比图较重合，说明和验证了仿真的有效性和T.A.Venkatesh反向运算法则在谷物籽粒材料特性研究中的准确性；在abaqus仿真过程中四种谷物籽粒的压痕形貌先发生隆起随之发生凹陷，说明谷物具有塑性特性。（6）谷物硬度与

7、应变硬化指数、最大等效接触应力和残余应力、屈服应力均成正比，与应力集中区域成反比，其中玉米角质胚乳的硬度、接触应力、屈服应力最大，说明玉米表层角质胚乳部分的部分在加工、运输等过程中很难被破坏。关键词谷物籽粒；硬度；理化品质；试验研究；力学特性Ⅰ甘肃农业大学2015届硕士学位论文SummaryAimatstudyonthecorrelationbetweenphysicalandchemicalqualityandmechanicalpropertiesofthegrainisless,morestudyonthemechanicalprope

8、rtiesofcorn,wheat,butothercerealsresearch.Inthestudyofphysicalandmechanicalpropert