气爆式核桃破壳有限元力学分析

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1、2014年12月农机化研究第12期气爆式核桃破壳有限元力学分析周军，史建新(新疆农业大学机械交通学院，乌鲁木齐830052)摘要:核桃破壳取仁技术是核桃深加工工艺中的重点。为此，根据核桃的几何尺寸参数，用软件建立了核桃有限元分析模型，对核桃在3种气压载荷加载方式下的受力状态进行应力与应变分布分析。分析结果表明，在0．55MPa载荷时核桃结蒂位置加载是最优解，核桃壳体爆开位置较好，多处破裂有利于取仁工作，可以得到较高的破壳率和较低的碎仁率，证明此有限元分析模型具有可行性。关键词:核桃;有限元;气爆;破壳中图分类号:S266．4文献标识码:A文章编号:1003－188

2、X(2014)12－0065－05DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2014.12.016［5］破坏最小的施力方式;王灵军运用有限元分析法对0引言银杏在不同的加载力下的应力分布进行统计分析，得［6］目前，核桃的种植面积越来越大，2011年我国核出最佳的施力方向和方式;吴子岳依据薄壳理论对桃产量达到126万t，产生的经济效益愈发明显。核核桃进行应力和变形分析，找出的两对法向集中力使桃的深加工是促进核桃产业发展的动力之一，而其关核桃的壳完全均匀破裂。笔者通过建立核桃有限元键技术之一就是破壳取仁技术。国内对于机械化核分析模型，在核桃3个不同位置分别输入3

3、种不同的桃破壳取仁的方法主要有离心碰撞法、化学腐蚀法、高压气体，从核桃内部将核桃爆裂开;同时，研究分析真空法、超声波法、定间隙挤压法，还有利用有限元分在这3种不同载荷施加方式下所对应的核桃壳应力析的方法对破壳原理、破壳机械进行优化的设计方分布和应变状态，模拟气爆式核桃破壳状态，从而为法。虽然现在国内外已经存在很多种核桃破壳方法实际破壳和设计气爆式核桃破壳机械提供数据与理和机械产品，但由于各地种植的品种繁杂、核桃尺寸论支撑。差异大、形状不规则等等因素导致机械破壳的效果不1核桃几何尺寸选择尽人意。因此，对核桃破壳原理和方法进行研究、寻［1］找新的方法具有重要的现实意义

4、。为此，提出一种核桃品种繁杂，各项数据差异很大，现选用新疆全新的核桃破壳技术，将高压气体输进核桃壳内，通新新2核桃为试验样品。统计100个新新2核桃样本过高压载荷从内部将核桃壳体爆裂开来。的几何尺寸数据，得出平均几何参数:核桃壳的平均现在有限元分析方法在坚果破壳中力学分析应厚度为1．56mm，缝合线长轴长度为A=41mm，缝合线用很广泛，为设计、优化破壳装备提供了理论依据。短轴长度为B=34mm，缝合线垂直方向长度为C=［2］32mm。例如，张荣荣等建立模型分析在3种加载方式下板栗的应力和应变分析，得到最佳的加载载荷参数;谢2有限元分析模型［3］丽娟对在静态正压力

5、下3种工况中的莲子应力、应变情况进行分析计算，得到有效的脱壳方法，为研制核桃果实本身具有很好的对称性，为了方便分析［4］研究，在对核桃受力分析时进行模型简化，取核桃的脱壳设备提供了有效的数据支持;史建新通过有限单元法找出在静态力挤压方式下破壳效果好、对核仁1/2建立模型。本文利用软件SolidWorks分别通过旋转建成1/2的核桃壳体和核仁，再导入有限元分析软收稿日期:2013－12－16件，建立起来的物理模型进行自由网格划分之后，就基金项目:“十二五”国家科技支撑计划项目(2011BAD27B02－05－02);新疆维吾尔自治区科技成果转化项目(20113010

6、2－4)是所需要的有限元分析模型。作者简介:周军(1988－)，男，湖北黄冈人，硕士研究生，(E－mail)在有限元分析过程中，将核桃有限元模型认为是798338040@qq．com。线性材料，并且是在静态气压下分析壳体的应力和应通讯作者:史建新(1956－)，男，甘肃临泽人，教授，硕士生导师，(E－mail)xjsjx@sina．com。变情况。核桃外壳含纤维素质高，与木质材料性质相·65·2014年12月农机化研究第12期似度较高，由于核桃壳体和核仁的不同，故在定义材置、缝合线中间位置、核桃壳体曲面顶点。在这3种料的力学特性时分别选用不同的弹性模量、泊松比、情

7、况下，分析气压载荷对壳体产生的应力和应变，并质量密度。材料将壳体的X弹性模量选取为13．1GPa，相互进行比较选出最佳方案。3XY泊松比选取为0．29，质量密度选取为470kg/m，X3．1在孔a施加载荷的有限元分析72张力强度选取为3×10N/m，屈服强度选取为2．99×在核桃的结蒂位置(即孔a处)施加高压气体，气62［7］10N/m，核仁的弹性模量选取为壳体的1/10。体的压力值为0．55MPa。对核桃进行有限元分析的等在划分网格之前，首先需要进行模型简化。由于效应力和应变情况分别如图3、图4、图5所示。之前的模型是在SolidWorks中生成的，故需要对模型

8、的所有圆角