咀嚼是通过人体规律性收缩咀嚼肌达到破碎食物目的的过程,其对人类消化、吸收、摄取营养物质具有重要意义。本文利用有限元分析,根据人类咀嚼机理建立三维咀嚼过程模型,分析不同咀嚼模式、咀嚼速率对食物破碎影响,同时利用有限元软件中的流固耦合分析,模拟唾液在食品物料咀嚼过程中的作用,本研究为探究人类咀嚼机理提供参考和借鉴,同时也为仿咀嚼食品质地分析装置的研制提供理论依据。主要研究内容如下:1、人类牙齿表面的独特生物曲面构型影响着食物物料的受力位置以及咀嚼过程中的物料受力变化。因此,构建人体牙齿生物曲面构型的三维模型是更好的得到食物物料在咀嚼时受力状况的关键。本文利用CT技术,将正常男子的上下颌骨及牙齿进行扫描,得到二维图片。再利用中转工具Mimics将二维图片经处理后转化为点云数据。最后借助Geomagic系列软件对点云的牙齿进行重构,经过点云处理、多边形处理、曲面处理后,得到需要的上下切牙、上下磨牙以及上下颌牙。2.本文利用有限元分析模拟不同运动规律下的咀嚼过程,构建了咀嚼食物的运动模型。将咀嚼运动简化为三种模式,将下颌运动规律概括为匀速运动,模拟了不同模式不同速率下咀嚼物料的过程,并在此基础上分析了不同模式不同速率对食品物料破坏效果的影响。结果表明:研磨模式下的剪切应力为仿真结果的最大值,最大值为1.619 MPa,在一定范围内随牙齿运动速率变快食物块破坏效果越好。同时对磨牙杵压模式仿真、全齿咀嚼仿真与通用食品质构仪进行相关性分析。分析结果表明:速率与通用食品质构仪测试质地结果都具有极显著的相关性,说明了咀嚼速率能影响食物质地测试结果;通用食品质构仪测试结果与两种仿真计算出的三种应力之间都有显著相关,这说明模型计算出的三种应力可以在反映食物块的质地,验证了模型的正确性。3.本文利用有限元中的CEL网格技术,借助流固耦合分析,模拟出了在唾液中咀嚼大豆食物块。并借助脆性破坏分析,统计出大豆破碎的粒径。同时,利用人体感官实验分析了仿真模型的准确性。结果表明:唾液的包裹使得物块在受到较小应力就可以发生破碎现象,说明唾液会在一定程度上影响咀嚼的效果。大豆中水分含量的升高使得大豆的质地特性发生变化,也影响了咀嚼效果。硬度与脆度的感官实验结果表明,随着含水率的上升,大豆的硬度与脆度下降。在咀嚼破碎实验中,试验结果表明随着含水率的减小,破碎效果呈上升趋势,这与仿真实验的结果相似。