论文部分内容阅读
本文针对苹果损伤面积的评估和预测问题，采用Prescale○R感压胶片对苹果静压接触和跌落碰撞时的接触应力分布进行了测量分析，探讨了应力面积的Hertz公式理论计算的适用性及修正方法，明确了应力面积和损伤面积之间的关系，实现了苹果不同受载时损伤面积的有限元模拟准确预测，为苹果作业机械和包装设计提供了理论基础和科学依据。本研究中主要得到以下结论： （1）苹果静压时褐变损伤的临界压力为54 N，苹果与钢板、橡胶+钢板、瓦楞纸板+钢板跌落碰撞时褐变损伤的临界冲击能分别为0.05 J、0.06 J和1.10 J，苹果果肉出现酶促褐变损伤的应力为0.238 MPa；苹果受载时接触应力分布总面积比其实际损伤面积高，应力均值与损伤面积的变化无直接关系，＜0.10 MPa的低应力和≥0.50 MPa的高应力分布均很小，不是造成苹果损伤的主要原因；由于橡胶或瓦楞纸板的缓冲作用，苹果碰撞时0.10~0.20 MPa范围的应力面积增大，而0.30~0.40 MPa范围的应力面积减小；苹果静压接触以及苹果与钢板碰撞时，损伤面积与≥0.10 MPa范围的应力面积呈高度线性相关，苹果与橡胶板+钢板、瓦楞纸板+钢板跌落碰撞时，损伤面积分别与≥0.20 MPa和≥0.30 MPa范围的应力面积呈高度线性相关。 （2）苹果静压接触或苹果与钢板、橡胶+钢板在较小载荷碰撞时，接触应力测量值较为接近Hertz公式计算值，但当压力超过80 N或冲击能超过0.20 J时，Hertz公式计算值误差变大；苹果与瓦楞纸板+钢板碰撞时，当冲击能低于1.30 J时，接触应力测量值高于Hertz公式计算值，当超过此值后，Hertz公式计算值开始接近接触应力测量值。通过引入分别与压力和冲击能相关的参数λ对Hertz公式的等效弹性模量E*进行修正，可明显提高苹果不同受载时接触应力面积的理论计算精度，使Hertz公式更具有适用性。 （3）苹果静压接触以及苹果与钢板、橡胶+钢板跌落碰撞有限元模拟时，损伤面积预测精度高，其平均相对误差率分别为3.29％、3.09%、4.42%；与之相比，苹果与瓦楞纸板+钢板跌落碰撞模拟时，损伤面积预测相对误差率略高，平均约为13.85%。因此，采用有限元法可实现苹果不同受载时损伤面积的准确预测，这对今后苹果机械化作业中有关机具的减损设计及包装材料设计具有重要意义。