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华中农业大学本科毕业论文（设计）开题报告书 题 目 基于有限元分析的核桃剥壳技术研究 姓 名 王 毅 学 号 2007307200496 专 业 机械设计制造及其自动化 指导教师 徐红梅 职 称 讲 师 学 位 博 士 课题来源 自 选 科学依据（包括课题的科学意义；国内外研究概况、水平和发展趋势；应用前景等） 1、课题的目的和意义 1课题的目的和意义 核桃又名胡桃、羌桃、合桃等，享有“长寿果”之美誉，是理想的滋补食品。所含的脂肪蛋白质量多质优，还含有糖分、多种维生素、钙、磷、镁、钾、锰、路等矿物质，以及躁质、纤维素、戊聚糖等。据分析：500克核桃肉的营养价值，相当于鸡蛋2500克，牛奶4750克或猪肉1500克，可见，核桃的营养值价是相当可观的。 随着核桃产量的逐年增加，如何对核桃进行深加工，以提高它的附加值等问题就突现出来。核桃脱壳取仁是核桃深加工的第一步，必须首先解决。核桃剥壳技术的水平，直接影响到核桃的脱壳质量，进而影响到核桃的进一步加工。 由于核桃形状不规则、尺寸差异较大、壳仁之间间隙小，壳完全破裂所要求的变形量大。目前国内使用的机械破壳装备由于施力方式不合理，果仁的破碎率较大，脱壳率、整仁率及设备性价等方面满足不了要求。核桃与其他坚果在结构上存在着很大的区别．而且目前国内外对核桃机械特性与破壳机理的研究相对较少（丁正耀等，2010）。用一般的机械挤压方法破壳必将造成大量的碎仁，对于固定挤压间隙的破壳装置来说，挤压间隙是固定的，不同尺寸的核桃都在同一开度内破壳，会出现小尺寸核桃难以破壳而大尺寸核桃仁的破碎率高的现象。因此为了很好的破壳而又保证仁不破碎，就需要：① 挤压间隙与核桃尺寸相适应，有必要在破壳前对核桃进行分级；②合理施力使核桃产生裂纹且变形量小，这是提高核桃破壳机破壳质量的关键因素之一， 因此有必要对核桃的施力方式及结果进行有限元受力分析；③裂纹的扩展是核桃完全破壳的基本条件，按核桃正确姿态喂人进行破壳是裂纹扩展的条件，有必要进行破壳前的导向（史建新等，2005）。 2、国内外发展现状 2.1核桃剥壳技术 核桃的一次剥壳率和高露仁率是衡量剥壳取仁机性能的两个重要指标.而影响这两个性能的关键是剥壳方式（吴斌芳等1996）。对于核桃剥壳技术，剥壳机可以代表技术的发展。一般来说核桃破壳取仁有这样几种方法：1、离心碰撞式破壳法2、化学腐蚀法真空破壳取仁法3、超声波破壳法4、定间隙挤压破壳法。第一种方法，碎仁太多，所以应用很少；第二种方法，由于在实际操作中不好控制，仁易受到腐蚀，处理不好还会造成对环境的污染，因此人们不接受；第三，四种方法设备昂贵，破壳成本高，且破壳效果不够理想；第五种方法是一个值得探索的方向（史建新等2001年）。 2 .1.1核桃分级装置 核桃分级装置是定间隙挤压破壳机的必要装置，对于具有固定间隙的核桃破壳机来说，物料尺寸必须与固定间隙的大小相适应，尺寸大了仁会被挤碎，尺寸小了壳破不开，常见的核桃分级装置有以下几种： (1)锥辊式分级装置 (2)圆孔筛分级装置 (3)平面振动筛分级装置 2.1.2核桃剥壳装置 目前,核桃破壳机的种类较少,大多采用定间隙多点挤压破壳。这种破壳方式存在一些不足,高路仁比率与破壳率不能兼顾,所以综合破壳效果不理想（董远德等，2007）。核桃破壳装置是核桃破壳取仁机的核心装置常见的破壳装置有以下几种： （1）对辊窝眼式开口装置 （2）双齿盘齿板式破壳装置 （3）变形恒定破壳装置 （4）内外磨核桃破壳装置 （5）圆盘破壳装置 （6）弧板滚筒破壳装置 （7）核桃锯口破壳装置 （8）冲压式破壳装置 （9）核桃破壳挖核装置 2.1.3壳仁分离装置 壳仁分离问题是核桃破壳取仁的难题之一。目前国内尚未见到好的分离方法和分离设备的报道，而国外虽然很好地解决了壳仁分离的问题，但设备成本高，工艺复杂，对于加工能力有限的工厂和个人来说，是很难接受的。以下对现有设备和方法进行简单介绍。 2.1.3.1机械法分离壳和仁 目前利用机械法分离壳和仁的装置主要有以下三种： 绒辊分离壳仁 带式分离壳仁 轮齿拨壳分离壳仁 2.1.3.2磁选法分离壳和仁 (1)绒辊分离壳仁 (2)带式分离壳仁 (3)轮齿拨壳分离壳仁 2.1.3.3磁选法分离壳和仁 由上述可以看出：核桃剥壳技术随着需求的变化越来越多样化，剥壳技术也越来越多样化。但由于核桃的品种多样化及核桃外形的不规则，导致核桃的剥壳效率仍不能满足人们的需求。 2.2有限元分析 2.2.1有限元机理 有限元法也叫有限单元法（finite element method, FEM），是随着电子计算机的发展而迅速发展起来的一种弹性力学问题的数值求解方法David Roylance 2001）： 1、预处理：用户需