基于SEM、分形理论分析谷子籽粒内部裂纹产生与扩展机理
发布时间：2021-10-11 08:31
[目的]谷子籽粒在收获、贮藏及加工过程中由于内力或外力会产生裂纹,籽粒内部裂纹严重影响其贮藏期、降低发芽率,内部裂纹的形成主要由热湿内应力和机械作用引起,为了探明谷子籽粒内部裂纹的产生与扩展机理。[方法]采用SEM（扫描电镜）技术对谷子籽粒内部裂纹及淀粉颗粒拍照,结合分形理论、能量平衡理论分析计算谷子籽粒内部裂纹在不同扩展模型下的分形维数、临界扩展力（Gc）及扩展速率。[结果]谷子籽粒形成新的表面积的大小与输入能量的大小有关。当谷子籽粒内部局部应力大于等于8γG ky-1dg-1/2时,籽粒内部形成微裂纹。沿淀粉颗粒断裂、穿淀粉颗粒断裂、沿淀粉颗粒与穿淀粉颗粒耦合形式断裂的分形维数分别为:1.262、1.365、1.255,而分叉扩展的分形维数与分叉角呈正相关。对于同一γ值,沿淀粉颗粒与穿淀粉颗粒耦合扩展的Gc为6.85γ,沿淀粉颗粒扩展的Gc为7.086γ,穿淀粉颗粒扩展的Gc为11.652γ,分叉扩展的Gc为250γ,所以,耦合扩展的微观裂纹最容易发生,穿淀粉颗粒和分叉扩展的微观裂纹较难发生。同一种扩展模型,谷子籽粒内部淀粉颗粒的直径越大,微观裂纹的扩展速率越快;同一直径的淀粉颗粒...
【文章来源】：山西农业大学学报(自然科学版). 2020,40(05)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
谷子压缩力-位移曲线
由于位错反应是降低能量的，所以新形成的位错a[001]是不易滑动的，随着位错的不断反应，新形成的位错合并，形成裂纹胚芽。当局部应力σf满足（8）式时，籽粒内部形成微裂纹，即：式中，σf为内部局部应力，γ为单位面积的表面自由能，G为剪切模量，ky为屈服常数；dg为谷子籽粒淀粉颗粒直径。
谷子内部的淀粉颗粒为多角体和椭球体[23,24]（图3）：蛋白质主要以蛋白体形式存在于淀粉颗粒的空隙间[25]，与崔婷、郭莲东等人的研究结果一致。为了方便计算，将淀粉颗粒简化为球体，将单个淀粉颗粒与其周围的蛋白体看作是一个圆与其外切正六边形组合的单元[14]。通过分析谷子裂纹的扫描电镜图发现，谷子籽粒微观断裂主要有：沿淀粉颗粒断裂，穿淀粉颗粒断裂，二者的耦合形式断裂。基于3种断裂形式建立了3种应力裂纹扩展的fractal模型：沿淀粉颗粒扩展模型、穿淀粉颗粒扩展模型以及二者的耦合扩展模型。图4 谷子籽粒内部裂纹扫描电镜图像
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于三维湿热传递的玉米籽粒干燥应力裂纹预测[J]. 魏硕,陈鹏枭,谢为俊,王凤贺,杨德勇. 农业工程学报. 2019(23)
[2]基于机器视觉技术检测裂纹玉米种子[J]. 闫彬,杨福增,郭文川. 农机化研究. 2020(05)
[3]裸燕麦籽粒压缩力学性能试验及破裂生成规律分析[J]. 张泽璞,陶桂香,衣淑娟,毛欣. 沈阳农业大学学报. 2019(03)
[4]玉米籽粒机械裂纹产生机理及影响因素分析[J]. 张新伟,易克传,刘向东,赵学观. 长江大学学报(自然科学版). 2019(05)
[5]典型农业物料碰撞接触损伤机理及应用研究进展[J]. 侯俊铭,杨勇,白晶波,何涛,李金澎. 吉林农业大学学报. 2020(01)
[6]声发射法无损检测稻谷籽粒应力裂纹[J]. 吴中华,康宁,董晓林,赵丽娟,张忠杰. 农业工程学报. 2018(16)
[7]基于Micro-CT图像处理的稻谷内部损伤定量表征与三维重构[J]. 陈树人,徐李,尹建军,汤明明. 农业工程学报. 2017(17)
[8]玉米内部机械裂纹对种子发芽和幼苗发育的影响[J]. 张新伟,高连兴. 西北农林科技大学学报(自然科学版). 2014(04)
[9]玉米种子内部机械裂纹扩展过程研究[J]. 张新伟,高连兴. 中国农机化学报. 2014(02)
[10]山西不同品种谷子淀粉的理化特性研究[J]. 杨斌,张喜文,张国权,李萍,张文兴,张艾英,姜龙波,杜文娟. 现代食品科技. 2013(12)
博士论文
[1]水稻种子干燥热动力学分析及损伤机理研究[D]. 王攀.中国农业大学 2017
[2]水稻种子的干燥特性及其数学模拟分析研究[D]. 严平宇.中国农业大学 2015
[3]稻谷过热蒸汽干燥过程中的力学及干燥动力学特性研究[D]. 黄小丽.中国农业大学 2014
硕士论文
[1]挤压对小米蛋白结构的影响[D]. 郭莲东.东北农业大学 2019
[2]糙米碾白破碎机理研究[D]. 崔帆.河南工业大学 2019
[3]基于Micro-CT水稻谷粒内部损伤定量检测与试验研究[D]. 徐李.江苏大学 2018
[4]粟米淀粉特性及其化学改性研究[D]. 崔婷.中南林业科技大学 2013
[5]仓储环境下稻谷裂纹的生成与扩展机理[D]. 陈江.南京财经大学 2011
本文编号：3430163
【文章来源】：山西农业大学学报(自然科学版). 2020,40(05)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
谷子压缩力-位移曲线
由于位错反应是降低能量的，所以新形成的位错a[001]是不易滑动的，随着位错的不断反应，新形成的位错合并，形成裂纹胚芽。当局部应力σf满足（8）式时，籽粒内部形成微裂纹，即：式中，σf为内部局部应力，γ为单位面积的表面自由能，G为剪切模量，ky为屈服常数；dg为谷子籽粒淀粉颗粒直径。
谷子内部的淀粉颗粒为多角体和椭球体[23,24]（图3）：蛋白质主要以蛋白体形式存在于淀粉颗粒的空隙间[25]，与崔婷、郭莲东等人的研究结果一致。为了方便计算，将淀粉颗粒简化为球体，将单个淀粉颗粒与其周围的蛋白体看作是一个圆与其外切正六边形组合的单元[14]。通过分析谷子裂纹的扫描电镜图发现，谷子籽粒微观断裂主要有：沿淀粉颗粒断裂，穿淀粉颗粒断裂，二者的耦合形式断裂。基于3种断裂形式建立了3种应力裂纹扩展的fractal模型：沿淀粉颗粒扩展模型、穿淀粉颗粒扩展模型以及二者的耦合扩展模型。图4 谷子籽粒内部裂纹扫描电镜图像
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于三维湿热传递的玉米籽粒干燥应力裂纹预测[J]. 魏硕,陈鹏枭,谢为俊,王凤贺,杨德勇. 农业工程学报. 2019(23)
[2]基于机器视觉技术检测裂纹玉米种子[J]. 闫彬,杨福增,郭文川. 农机化研究. 2020(05)
[3]裸燕麦籽粒压缩力学性能试验及破裂生成规律分析[J]. 张泽璞,陶桂香,衣淑娟,毛欣. 沈阳农业大学学报. 2019(03)
[4]玉米籽粒机械裂纹产生机理及影响因素分析[J]. 张新伟,易克传,刘向东,赵学观. 长江大学学报(自然科学版). 2019(05)
[5]典型农业物料碰撞接触损伤机理及应用研究进展[J]. 侯俊铭,杨勇,白晶波,何涛,李金澎. 吉林农业大学学报. 2020(01)
[6]声发射法无损检测稻谷籽粒应力裂纹[J]. 吴中华,康宁,董晓林,赵丽娟,张忠杰. 农业工程学报. 2018(16)
[7]基于Micro-CT图像处理的稻谷内部损伤定量表征与三维重构[J]. 陈树人,徐李,尹建军,汤明明. 农业工程学报. 2017(17)
[8]玉米内部机械裂纹对种子发芽和幼苗发育的影响[J]. 张新伟,高连兴. 西北农林科技大学学报(自然科学版). 2014(04)
[9]玉米种子内部机械裂纹扩展过程研究[J]. 张新伟,高连兴. 中国农机化学报. 2014(02)
[10]山西不同品种谷子淀粉的理化特性研究[J]. 杨斌,张喜文,张国权,李萍,张文兴,张艾英,姜龙波,杜文娟. 现代食品科技. 2013(12)
博士论文
[1]水稻种子干燥热动力学分析及损伤机理研究[D]. 王攀.中国农业大学 2017
[2]水稻种子的干燥特性及其数学模拟分析研究[D]. 严平宇.中国农业大学 2015
[3]稻谷过热蒸汽干燥过程中的力学及干燥动力学特性研究[D]. 黄小丽.中国农业大学 2014
硕士论文
[1]挤压对小米蛋白结构的影响[D]. 郭莲东.东北农业大学 2019
[2]糙米碾白破碎机理研究[D]. 崔帆.河南工业大学 2019
[3]基于Micro-CT水稻谷粒内部损伤定量检测与试验研究[D]. 徐李.江苏大学 2018
[4]粟米淀粉特性及其化学改性研究[D]. 崔婷.中南林业科技大学 2013
[5]仓储环境下稻谷裂纹的生成与扩展机理[D]. 陈江.南京财经大学 2011
本文编号：3430163
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