皇冠梨静压力学特性及模拟研究

目的 建立皇冠梨生理特性与力学损伤关系模型,实现果实静压过程的模拟研究。方法 通过材料松弛试验和静态压缩试验,研究果实材料力学特性。使用三维扫描方法辅助建立果实有限元模型,并对果实静载损伤过程进行模拟。结果 使用Maxwell黏弹性材料本构模型,成功模拟了果实流变特性。通过静压试验将所建立的梨果实黏弹性材料模型与传统弹塑性材料模型进行对比,误差降低了7%,从而验证了模拟的准确性。根据von Mises等效应力分布结果进行预测,发现在静载力为161.21 N时梨果实会出现明显损伤。结论 以上研究使用2种材料对静态压缩试验进行仿真模拟,进一步验证了使用数值模拟方法对水果静力学过程模拟的可靠性。为皇冠梨果实机械化采摘、储存包装及加工搬运过程提供了理论依据。

皇冠梨采后冲击损伤影响因素研究及模型预测

目的 考虑到皇冠梨在储运过程中损伤严重,探究跌落冲击及果实本身特性对水果的损伤的影响,为皇冠梨的减损提供理论依据。方法 以河北赵县皇冠梨为研究对象,研究跌落高度、接触材料、果实硬度、曲率半径以及环境温度对皇冠梨冲击损伤的影响,并利用多元线性回归分析方法,建立皇冠梨果实的损伤预测模型(P≤0.05)。结果 跌落高度与损伤面积呈线性相关,皇冠梨分别与钢板和橡胶板冲击时产生临界损伤的跌落高度为30 mm和50 mm,而与本实验选取的EPE板和瓦楞纸板冲击时产生临界损伤的跌落高度为220 mm和340 mm。皇冠梨与EPE板冲击时表现为当跌落高度小于400 mm时,果实曲率半径越小,损伤面积越大;当跌落高度大于400 mm时,较大的曲率半径导致更大的损伤面积,果实硬度越小,冲击时损伤面积越大,环境温度越高,损伤越严重。结论 接触材料种类和果实本身特性对水果冲击损伤有较大影响。依据试验结果建立了损伤预测模型,预测模型可为皇冠梨自动化采摘、分级装备以及贮存、运输包装提供一定的理论指导。

猕猴桃电商包装随机振动响应及果品损伤研究

目的 研究猕猴桃在5种不同电商包装形式内的振动响应和损伤情况,为猕猴桃电商包装提供理论基础和科学指导。方法 以“红阳”猕猴桃为研究对象,对目前市场常见的5种形式的猕猴桃电商包装(EPE衬垫、EPS衬垫、PET带盖托盘、瓦楞隔板和EPE网套)分别进行扫频振动和随机振动试验研究,获得各包装内猕猴桃的共振频率、振动传递率、果品损伤面积、硬度、质量损失率、可溶性固形物含量等参数,分析包装形式对猕猴桃果实振动响应和振后损伤的影响。结果 PET带盖托盘和EPE网套包装下猕猴桃的共振频率较小,在20~30Hz,处于公路运输振动范围内,易发生共振受损。瓦楞隔板包装的猕猴桃共振频率最大,在50~75Hz内,受到的振动能量较低。5种包装下猕猴桃的振动传递率从大到小为EPE网套、EPE衬垫、瓦楞隔板、EPS衬垫、PET带盖托盘,PET带盖托盘包装的振动传递率最低,为1.68,隔振效果最好;EPE网套和EPE衬垫包装的振动传递率较高,为3.16~3.72,隔振效果较差。振后24 h果实硬度下降了13.5%~48.7%、软化率提高了9.0%~40.4%、质量损失率提高了6.7%~100.0%、可溶性固形物含量(SCC)提高了3.2%~15.0%、损伤面积为981~6 931 mm2。结论 5种包装中PET带盖托盘包装对果实的保护效果最佳,瓦楞隔板和EPE网套包装的保护效果较差。

HDPE瓶顶部负载仿真分析

目的针对一款吹塑成型的牛奶包装HDPE瓶易瘪瓶的问题,研究瓶体不同部位的厚度比对HDPE瓶顶部负载的影响,并轻量化设计HDPE瓶。方法通过3D扫描获得HDPE瓶的3D实体模型,测量瓶体厚度,并在ABAQUS中构建不等壁厚的HDPE瓶壳体有限元模型,通过静压试验验证有限元模型的准确性。仿真分析厚度比对整瓶顶部负载能力的影响,并拓扑优化HDPE瓶材料分布。结果顶部负载时,有限元模型仿真分析和实验得到的临界载荷和临界位移误差分别为2.49%和5.11%;结合厚度比优化与轻量化分析可知,HDPE瓶单瓶材料用量减少了12g。结论考虑了瓶体实际厚度的HDPE瓶有限元模型具有较高的准确度。在设计HDPE瓶时,应关注瓶体各部位的厚度组成,以获得更好的瓶体力学性能。