西瓜成熟度建模与动力有限元分析及模态试验.pdfVIP

维普资讯 第 19卷第 2期 江 苏 理 工 大 学 学 报 Vo】．19 No．2 1998年 3月 JournalofJiangsu UniversityolScienceandTechnology M ar．1998 及其模态试验 夏 恒 董 蔓 L／ 徐 凌 7 。 摘 要 以声振法为基础 ，对西瓜进行 了成熟度模型假设 ，并用有限元理论计算 和试验模态分析相结合的方法，对西瓜的振 动特性度其与成熟度之阃的关 系进行 了 初 步研 究，取得 了一些结果 关键词农产品无损分析有限元分析 西 蝴分类号蜘 履 害携 农产品尤其是水果质量 的无损检测近二三十年来一直是科鞋毳 课题之一． 水果无损检测方法主要有光学检验、力学检验 、射线检验三大类 对于西瓜而言 ，声振法无疑是 最简单有效的方法之一 各 国大量学者都从振动和声的角度对西瓜的成熟度进行了研究 ，取得 了很大的进展，并且 日本Maki制作所还 由此研制 了西瓜声波检测器．但这种检测器过于复 杂 ，且价格 昂贵，还不利于推广．因此，进一步研究西瓜的振动特性和品质因子之间的关系 ，寻 求更简单有效的无损检测方法在经济上和学术上均有重大意义． 1 模型假设 西瓜的组织结构可分为瓜皮和瓜瓤 (忽略瓜籽)两部分组成．经实验发现 ，成长初期的西 瓜，其瓜皮和瓜瓤的性能参数如密度 、杨 氏模量、泊松 比等均相差不大 ，可近似地看作同一种非 线性材料；而成熟的西瓜，其瓜皮和瓜瓤有着明显的区别．其各项性能参数的差别亦较大 因 此．对于不成熟瓜的极限情况 (白瓤瓜)，可简单地看成是一个理想的实心球 而成熟的西瓜，当 其受到脉冲激励引起 自由振动时，则可看作是一个 由弹性元件和阻尼元件组成的系统 即把瓜 瓤 当作阻尼，把整个西瓜看作是一个 内部为阻尼的空心球． 2 有限元理论计算 2 1 动力有 限元分析计算 本研究用ALGORFEAS有限元分析软件包来计算西瓜理论模型 自由振动时的固有频率 收稿 日期 ．1997—1o一30 豆 恒 葛 笔 棘 凌 江苏理工大学汽车学院 镇江市 212013 维普资讯 第2期 夏 恒等 西瓜成熟度建模与动力有限元分析及其模态试验 和 固有振型 ，原理如下 ： 设单元中各点的位移矢量 f“( ，Y，)1 {f(x，Y，，f))= v(x，，z)} [Ⅳ(z，y，2)]·{()j 【(，，)j 由多 自由度系统的 |agrange方程及单元特性矩阵导出单元运动方程 ： Em]{}+ c]{)土[]{j一{ (￡)} 综合单元特性矩阵，忽略阻尼的影响 ，得系统 自由振动方程 [ ]{(f)}+ ]{q(f)j一{0} 假设方程解为 {日()}一 {~}sinw (--t0) 解广义特征方程 ]{)一 []{j一{0} 最后得系统固有频率 ．和固有振型{}(=1，…，n为阶数)． 在早期的有关水果动态特性理论分析 中，水果 的复杂结构一般被简化为线弹性结构 【如 Cooke，1972；Rosenfeld，1991)．因为当水果振动属于小位移时 ，忽略水果的非线性成份是合 理的．而水果的粘性只影响水果振动时的振幅和相位 (H Chen，JDeBaerd