孙静鑫，杨作梅，郭玉明，崔清亮，武新慧，张燕青



谷子籽粒压缩力学性质及损伤裂纹形成机理

孙静鑫，杨作梅，郭玉明※，崔清亮，武新慧，张燕青

（山西农业大学工学院，太谷 030801）

在谷子联合收获机及谷子加工机械装备设计研制中需要掌握谷子籽粒的基本物性参数和力学性质，以及受压致谷子谷壳与米粒损伤及裂纹形成过程，从而确定和优化工作参数。为此该文测定了不同含水率下（25.1%，20.9%，17.5%，15.2%）4种优质谷子品种（晋谷21，张杂10号，吨谷，长谷）籽粒的基本物性参数，包括千粒质量、三轴尺寸等，并研究了不同含水率、品种和压缩方位（长度、宽度和高度方向的压缩方位）对谷子籽粒的压缩力学性质的影响，对试验数据进行了多响应完全随机区组分析。结果表明：同一品种谷子籽粒的长、宽、高、千粒质量、算数平均径、几何平均径均随含水率的降低而减小，不同品种间的物性参数差异显著（<0.001）；影响屈服载荷、变形量、破坏能以及表观弹性模量的主要因子依次是压缩方位、含水率、品种。对于同一种谷子，籽粒的长度、宽度和高度方位压缩时的屈服载荷和表观弹性模量都随着含水率的升高而减小，压缩变形量和破坏能随着含水率的降低呈先减小后增大的趋势。长度、宽度和高度方位压缩时，损伤裂纹的形成过程及发生机理、扩展形态和部位均不同，分别是：从籽粒的尖冠处沿着胚和胚乳连接处扩展，形成几乎贯穿籽粒长度方向的裂纹；从上下两接触点处由应力集中形成的贯穿籽粒宽度方向的裂纹；从腹面的种脐处沿胚乳抗压性最弱的部位延伸且贯穿籽粒一半的裂纹。研究结果为谷子播种，联合收获机及相关加工机械的设计、参数优化提供依据。

含水率；力学特性；弹性模量；谷子籽粒；品种；压缩方位

0 引 言

谷子古称粟或者稷，去皮后称为小米，除含有淀粉、蛋白质等主要营养成分外，还含有维生素B1和多种矿物质元素，具有补血健脑，安眠等功效。谷子在收割、脱粒、分离、清选、运输及贮藏等过程中受到压缩与碰撞造成损伤，损伤轻则会破损种皮，附着在谷壳外的腐生微生物和植物病原微生物便会侵入种子内部，加速种子老化劣变[1]，严重影响谷子的食用品质；损伤出现裂纹或破碎，储藏寿命缩短，丧失其活性，使种子不能发芽，降低种子的发芽率[2]。……