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稻谷干燥应力裂纹生成扩展及抑制的试验研究和机理分析

李栋

  1)稻谷应力裂纹一般是沿着籽粒的横轴方向产生的,其生成扩展过程是由完好无损向单裂发展,再向双裂发展,最后向龟裂发展。干燥过程结束时产生的裂纹率最少,贮藏过程结束时产生的裂纹率最多。干燥时采用低温和大风量,降低稻谷的初始含水率和提高终了含水率,采用慢速冷却和低温贮藏等方法,都能降低稻谷产生的裂纹率。2)首次通过扫描电子显微镜,对稻谷干燥后胚乳组织的形态结构以及应力裂纹的显微形态、生成位置和扩展方向进行了分析研究。自然晾晒后,胚乳组织的结构遭到轻微破坏。热风干燥后,胚乳组织的结构遭到严重破坏。胚乳组织中存在着大量应力裂纹,裂纹首先生成在胚乳组织的中心部位,然后向四周扩展。大多数应力裂纹扩展的路径都是穿越细胞壁,沿着淀粉颗粒的边缘扩展。风温越高,对胚乳组织和籽实皮的破坏作用越大,越容易产生应力裂纹。3)干燥过程中,稻谷化学成分的改变和籽粒结构的复杂性会影响到应力裂纹的产生。温度梯度和水分梯度产生的热应力和湿应力是稻谷产生应力裂纹的主要原因。当稻谷内部产生的干燥应力大于稻谷内部的抗拉强度时,稻谷就会产生应力裂纹。把应力裂纹同断裂力学理论联系起来进行分析,发现稻谷产生的应力裂纹属于脆性断裂。4)在国内首次利用INSTRON—4411型万能材料试验机,对干燥过程中稻米的力学性能进行了一些试验研究,从而解决了干燥应力无法定量分析的难题。降低稻米的含水率,降低干燥时的热风温度,都能使干燥后稻米能够承受的破裂载荷增大。建立了稻米破裂载荷与其干燥温度和含水率之间的关系方程。5)利用玻璃化转变理论对稻谷的干燥过程进行了试验研究。在干燥过程中,稻谷会发生玻璃化转变现象。稻米的含水率越高,其玻璃化转变温度越低。建立了稻米玻璃化转变温度与其含水率之间的关系方程式:Tg=77.1-1.7M。发生玻璃化转变以后,稻米胚乳组织的淀粉颗粒变得杂乱无序,产生的应力裂纹率明显增多,稻谷能够承受的破裂载荷显著下降。6)利用分形理论对稻谷产生的应力裂纹进行了分析研究。通过扫描电子显微镜的观察分析,表明稻谷产生的应力裂纹具有分形特征。建立了稻谷应力裂纹的沿晶脆断、穿晶脆断、以及沿晶和穿晶偶合脆断的三种弯折扩展分形模型。建立了稻谷应力裂纹的分叉扩展分形模型,其分形维数与分叉角的大小有关。对稻谷产生应力裂纹的四种分形扩展模型进行了动力学分析,得到以下结论:沿晶和穿晶偶合脆断的临界扩展力<沿晶脆断的临界扩展力<穿晶脆断的临界扩展力<分叉扩展的临界扩展力。7)本人所在的课题组研制开发成功一种农用平床式逆流干燥机。该机于1999年3月通过了农业部组织的科学技术成果鉴定,鉴定意见认为,该机的干燥能力、处理量、热耗、能耗、粮食品质等指标均达到国家有关标准和合同书要求。该机采用低温大风量的逆流干燥工艺干燥稻谷,在满足国家标准对水稻爆腰率要求的前提下,干燥水稻的干燥速率(减干率)指标明显高于国内外水稻干燥机水平。该成果对我国农村的适用性和水稻干燥的性能指标居国内中小型干燥机的领先水平。……   
[关键词]:干燥;稻谷;应力裂纹;干燥机
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:中国农业大学2001年