脫粒是玉米收獲和加工的關鍵環(huán)節(jié)之一,玉米脫粒機在我國使用廣泛,研究玉米芯及玉米籽粒果柄的力學性質(zhì),對提高玉米脫粒機的性能具有重要意義。本文綜述了玉米芯和玉米籽粒果柄力學性質(zhì)的研究現(xiàn)狀,采用離散元法研究玉米芯的力學性質(zhì),使用課題組編制的軟件對玉米芯破碎過程進行仿真,并將仿真結果與試驗結果進行對比;同時,以玉米果穗為研究對象,通過微機控制萬能試驗機對玉米果柄物理力學性質(zhì)進行試驗研究,本文的主要工作和結論如下:(1)提出了玉米芯模型的幾何建模方法,即采用球顆粒組合方法模擬玉米芯,在此基礎上研究了玉米芯幾何建模方法;建立了玉米芯的力學模型及破壞準則,提出連接力學模型與接觸力學模型參數(shù)的選取辦法。(2)對玉米芯軸向壓縮過程對比分析,實現(xiàn)了仿真過程中玉米芯破碎,研究了長度和直徑與玉米芯力學性質(zhì)的關系。①玉米芯剛度系數(shù)隨玉米芯試樣長度增大而減小,這一趨勢與試驗結果一致。②玉米芯試樣長度為20mm時,剛度系數(shù)的仿真值與試驗值相對誤差為8.74%,玉米芯試樣長度為40mm時,仿真值與試驗值相對誤差為9.34%,玉米芯試樣長度為60mm時,仿真值與試驗值相對誤差為1.78%,結果表明,本文提出的玉米芯建模方法是有效并且可行的。③研究了玉米芯直徑對剛度系數(shù)的影響,隨著玉米芯直徑的增加,玉米芯剛度系數(shù)呈現(xiàn)上升趨勢,這一趨勢與試驗結果一致。(3)采用WDW-20萬能試驗機測試研究,研究了在徑向拉伸、徑向壓縮、軸向剪切和切向剪切方式下,不同品種、不同含水率對玉米籽粒果柄力學性質(zhì)的影響,研究了施力方式對果柄力學性質(zhì)的影響。①品種對玉米籽粒果柄的力學性質(zhì)有影響,不同品種的玉米籽粒果柄的力學性質(zhì)有所不同。②含水率對玉米籽粒果柄的力學性質(zhì)有影響,隨著含水率的增大,一環(huán)和二環(huán)的籽粒果柄阻尼力的變化趨勢相同;隨著含水率的增大,徑向拉伸、徑向壓縮、軸向剪切方式下,籽粒果柄阻尼力先減小后增大,切向剪切方式下籽粒果柄阻尼力一直減小。③施力方式對玉米籽粒果柄的力學性質(zhì)有影響,同一品種,同一含水率下,徑向壓縮時果柄的阻尼力最大,其次是徑向拉伸時果柄的阻尼力,軸向剪切和切向剪切果柄的阻尼力最小,且軸向剪切和切向剪切下果柄的阻尼力相差不大。
【學位單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：S226.1
【部分圖文】：

吉林大學碩士學位論文了玉米果穗的力學性質(zhì)分析及建模方法，標定了仿真參數(shù)，課題組軟件實現(xiàn)了玉米模型能夠破碎的功能，還驗證了課題組仿真軟件的有效性，為課題組繼續(xù)研究玉米粒仿真軟件打下良好的基礎，對于其它材料破碎過程模擬、阻尼特性的研究也有參價值。1.2 課題的研究現(xiàn)狀及存在問題本節(jié)主要闡述玉米芯力學性質(zhì)以及玉米籽粒果柄力學性質(zhì)的研究現(xiàn)狀，在綜述究現(xiàn)狀之前，介紹一下玉米芯及玉米籽粒果柄，如圖 1.1 和1.2 所示，余吉洋[19]將玉果穗脫粒后剩下的果穗軸稱為玉米芯，又將連接玉米籽粒與玉米芯的一種結構定義玉米籽粒果柄，本文沿用余吉洋定義的名稱。

ㄒ邐?衩鬃蚜９???疚難賾糜嗉?蠖ㄒ宓拿?啤Ｍ?1.1 玉米芯實物圖 圖 1.2 玉米籽粒與玉米芯連接實物圖1.2.1 玉米芯力學性質(zhì)研究現(xiàn)狀有關玉米芯力學性質(zhì)的研究可以追溯到上世紀 60 年代，隨著時間推移，研究人員對玉米芯的力學性質(zhì)研究逐步深入，國內(nèi)外研究玉米芯的力學性質(zhì)的代表有 Anazodo、余吉洋、趙武云、于亞軍等，研究人員采用的研究方法不同，比較有代表性的方法是試驗法、有限元法和離散元法。1965 年，塞加爾和布朗[20]基于形態(tài)學分析研究表明，玉米芯由穎、芯軸、節(jié)點和內(nèi)部節(jié)點、內(nèi)部和外部的輸水管系統(tǒng)和柔軟的海綿組織的中心組成的復雜結構。由宏觀結構看，玉米芯包含穎、芯軸、髓三個部分。玉米芯的剖視圖，如圖 1.3 所示。

（a）實物圖 （b）簡化圖圖 1.3 玉米芯宏觀組織的截面剖視圖1969 年，Waelti 和 Buchele[21]對長度為 1 英寸（25.4mm）的玉米芯進行徑向壓縮，得到了玉米芯的最大抗壓強度；提出了衡量玉米芯強度的另一指標，即為“剛度”[22]，他將剛度定義為：對單位長度的玉米芯的外表層徑向壓縮時，試驗力與變形曲線的斜率叫做剛度；并測試了溫度和含水率對玉米芯力學性質(zhì)的影響，研究發(fā)現(xiàn)，玉米芯剛度是隨著溫度的增加而增加，隨著含水率的增加而減少。1969 年，Johnson[23]等人研究了玉米芯破碎的過程。對玉米芯施加作用力，研究玉米芯破碎過程中表現(xiàn)出來的特征，并將承受徑向載荷的玉米芯視為沿其長度方向均勻承受反向力的彈性空心薄圓柱體，然后將玉米芯的徑向變形等效于經(jīng)典工程力學中圓環(huán)的撓度問題。1978 年，Brandini 等人[24]應用有限元分析技術分析了穗軸徑向壓縮變形的問題。他們將玉米芯視為空心的彈性圓柱棒，將玉米芯簡化為單一材料（玉米芯由穎、芯軸、髓、節(jié)間組織等材料組成）。將玉米芯作為環(huán)或空心的彈性圓柱的理論假設，是對玉米芯的復雜結構的簡化，通常情況下，玉米芯可視為玉米穗去掉玉米籽粒后所有結構的
【參考文獻】

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本文編號：2870508