玉米籽粒在收获、干燥、脱粒和加工等过程中存在着许多力学问题,有些会影响产品的质量和加工品质,甚至影响经济效益。为了保证玉米籽粒的品质,对其力学特性进行深入研究分析意义重大。传统的粮食籽粒力学检测方法多选用万能试验机来进行,但是传统的力学测试研究内容有限,很难保证测试结果的稳定和准确,因此,本研究尝试开发使用一种新型试验仪器-原位压缩测试装置。原位测试仪器主要应用于材料的微观力学行为的研究,现将其引入到粮食籽粒的力学特性研究中,以期为粮食籽粒力学特性的研究提供依据。主要研究内容和结果:1.通过对玉米籽粒不同部位进行穿刺试验,得到穿刺力-位移曲线,玉米籽粒各个部位的最大负载力存在较大差异。随着含水率的增加,角质胚乳、粉质胚乳和胚部的最大破裂力均减小。随着含水率的增加,角质胚乳的形变量先增加,再平稳而缓慢的下降;粉质胚乳的形变量呈较平稳的趋势;胚部的形变量逐渐增加;各部位的总功呈现下降的趋势,加载速率对籽粒各部位的穿刺最大破裂力、形变量、总功无显著影响。含水率为14.78%时,玉米籽粒各部位穿刺结果的各变异系数均小于10%,结果较稳定。综合考虑玉米籽粒的平衡水分及储运的安全水分,选择含水率为14.78%试验结果更稳定,也更具有代表性。不同速率下玉米籽粒各部位穿刺最大破裂力、形变量及总功均没有显著性差异,因此,速率对于玉米籽粒各部位穿刺结果无影响。为综合考虑穿刺结果的稳定性,在后续的试验中选用加载速率为0.10mm/s,既能保证加载结果的稳定性和可靠性,又符合准静态加载的要求。2.通过对玉米籽粒不同剪切方向进行剪切试验,得到剪切力-位移曲线。由于各个方向与剪切刀具的接触面积不均匀,而且各个方向的组织结构间存在差异,导致玉米籽粒各方向剪切破裂力存在差异。随着含水率的增加,玉米籽粒各方向的剪切力均呈现不规则减小的趋势;长轴和短轴的形变量先减小后逐渐增大;侧面的总功随着含水率的增大而呈现线性减小。加载速率对长轴的剪切破裂力影响较大,随着加载速率的增大,长轴剪切力逐渐减小;随着加载速率的增加,长轴的剪切总功先增加后趋于平稳。加载速率对短轴形变量有一定影响。加载速率对侧面的剪切力学参数影响不大。对不同含水率玉米籽粒的剪切力学参数进行方差分析和变异系数分析,结果发现在含水率为14.78%时,各个剪切方向的剪切力学特征无显著性差异,变异系数均小于6%,结果较稳定。对5个加载速率下进行的剪切试验力学参数方差分析和变异系数分析发现,加载速率为0.10mm/s时的结果无显著性差异变异系数较小,结果较稳定。3.采用三点弯曲测试对玉米籽粒原位压缩负载压力-位移曲线进行分析发现:不同放置方式下玉米籽粒的最大破裂力存在差异。对不同含水率下玉米籽粒原位压缩力学参数进行分析发现:玉米籽粒的压缩破裂力随着含水率的增加而减小;随着含水率的增加,三种放置方式下的压缩形变量都呈增加的趋势;随着含水率的增加,三种放置方式下的压缩总功均减小。对于三种放置方式,各个压缩力学参数在含水率为14.78%时没有显著性差异,综合结果较好。总体的变异系数在较小范围内波动,结果的稳定性可接受。三种放置方式下的部分压缩力学参数与穿刺、剪切力学参数在α=0.05水平上显著相关,相关性较好。4.通过对原始裂纹图像经过图像灰度化、图像阈值分割和图像裂纹骨架提取获得理想的裂纹图像,用于裂纹特征参数提取。将玉米籽粒原位压缩力学参数与图像裂纹宽度进行Pearson相关性分析发现:裂纹宽度与原位压缩的F1、W1、F3、D3、W3在α=0.05水平上显著相关,相关系数分别为0.889、0.890、0.896、-0.931和0.929。进行回归分析可知,F1、W1、F3和W3随着裂纹宽度的增加而增加,R2分别为0.6966、0.8757、0.9019和0.9233,D3随着裂纹宽度的增加而减小。裂纹宽度与D3的线性回归效果最好。将玉米籽粒原位压缩参数与图像裂纹周长进行Pearson相关性分析发现:裂纹周长与原位压缩的W1在α=0.05水平上显著相关,相关系数为0.936,裂纹周长与原位压缩的F1和W3在α=0.01水平上显著相关,相关系数分别为0.963和0.970。将裂纹周长分别与F1、W1和W3做进行回归分析可知,F1、W1和W3随着裂纹周长的增加而增加,R2分别为0.9527、0.825和0.8124。裂纹周长与F1的线性回归效果最好。将玉米籽粒原位压缩力学参数与图像裂纹分形维数进行Pearson相关性分析发现:裂纹分形维数与原位压缩的D1和W3在α=0.05水平上显著相关,相关系数分别为-0.886和0.934,裂纹分形维数与原位压缩的W1在α=0.01水平上显著相关,相关系数为0.983。将裂纹分形维数分别与D1、W1和W3进行回归分析发现,W1和W3随着裂纹分形维数的增加而增加,R2分别为0.8314和0.7421,D1随着裂纹分形维数的增加而减小,R2为0.6425。裂纹分形维数与W1的线性回归效果最好。通过传统力学研究和原位试验研究,对传统的力学特征有了很好的总结,同时,与原位试验进行对比分析,发现原位测试与传统力学测试的力学参数间有很好的相关性,原位测试可很好的应用于玉米籽粒的力学研究中。原位测试实时观测并获取测试中玉米籽粒的微观形貌变化,这对玉米籽粒力学性质的分析研究提供了依据,为粮食籽粒的力学特性研究提供了新思路。