1、課題的目的和意義
1代寫畢業(yè)論文課題的目的和意義
核桃又名胡桃、羌桃、合桃等，享有“長壽果”之美譽，是理想的滋補食品。所含的脂肪蛋白質(zhì)量多質(zhì)優(yōu)，還含有糖分、多種維生素、鈣、磷、鎂、鉀、錳、路等礦物質(zhì)，以及躁質(zhì)、纖維素、戊聚糖等。據(jù)分析：500克核桃肉的營養(yǎng)價值，相當于雞蛋2500克，牛奶4750克或豬肉1500克，可見，核桃的營養(yǎng)值價是相當可觀的。
隨著核桃產(chǎn)量的逐年增加，如何對核桃進行深加工，以提高它的附加值等問題就突現(xiàn)出來。核桃脫殼取仁是核桃深加工的第一步，必須首先解決。核桃剝殼技術的水平，直接影響到核桃的脫殼質(zhì)量，進而影響到核桃的進一步加工。
由于核桃形狀不規(guī)則、尺寸差異較大、殼仁之間間隙小，殼完全破裂所要求的變形量大。目前國內(nèi)使用的機械破殼裝備由于施力方式不合理，果仁的破碎率較大，脫殼率、整仁率及設備性價等方面滿足不了要求。核桃與其他堅果在結(jié)構上存在著很大的區(qū)別.而且目前國內(nèi)外對核桃機械特性與破殼機理的研究相對較少(丁正耀等，2010)。用一般的機械擠壓方法破殼必將造成大量的碎仁，對于固定擠壓間隙的破殼裝置來說，擠壓間隙是固定的，不同尺寸的核桃都在同一開度內(nèi)破殼，會出現(xiàn)小尺寸核桃難以破殼而大尺寸核桃仁的破碎率高的現(xiàn)象。因此為了很好的破殼而又保證仁不破碎，就需要：① 擠壓間隙與核桃尺寸相適應，有必要在破殼前對核桃進行分級;②合理施力使核桃產(chǎn)生裂紋且變形量小，這是提高核桃破殼機破殼質(zhì)量的關鍵因素之一， 因此有必要對核桃的施力方式及結(jié)果進行有限元受力分析;③裂紋的擴展是核桃完全破殼的基本條件，按核桃正確姿態(tài)喂人進行破殼是裂紋擴展的條件，有必要進行破殼前的導向(史建新等，2005)。
2、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
2.1核桃剝殼技術
核桃的一次剝殼率和高露仁率是衡量剝殼取仁機性能的兩個重要指標.而影響這兩個性能的關鍵是剝殼方式(吳斌芳等1996)。對于核桃剝殼技術，剝殼機可以代表技術的發(fā)展。一般來說核桃破殼取仁有這樣幾種方法：1、離心碰撞式破殼法2、化學腐蝕法真空破殼取仁法3、超聲波破殼法4、定間隙擠壓破殼法。第一種方法，碎仁太多，所以應用很少;第二種方法，由于在實際操作中不好控制，仁易受到腐蝕，處理不好還會造成對環(huán)境的污染，因此人們不接受;第三，四種方法設備昂貴，破殼成本高，且破殼效果不夠理想;第五種方法是一個值得探索的方向(史建新等2001年)。
2 .1.1核桃分級裝置
核桃分級裝置是定間隙擠壓破殼機的必要裝置，對于具有固定間隙的核桃破殼機來說，物料尺寸必須與固定間隙的大小相適應，尺寸大了仁會被擠碎，尺寸小了殼破不開，常見的核桃分級裝置有以下幾種：
(1)錐輥式分級裝置
(2)圓孔篩分級裝置
(3)平面振動篩分級裝置
2.1.2核桃剝殼裝置
目前,核桃破殼機的種類較少,大多采用定間隙多點擠壓破殼。這種破殼方式存在一些不足,高路仁比率與破殼率不能兼顧,所以綜合破殼效果不理想(董遠德等，2007)。核桃破殼裝置是核桃破殼取仁機的核心裝置常見的破殼裝置有以下幾種：
(1)對輥窩眼式開口裝置
(2)雙齒盤齒板式破殼裝置
(3)變形恒定破殼裝置
(4)內(nèi)外磨核桃破殼裝置
(5)圓盤破殼裝置
(6)弧板滾筒破殼裝置
(7)核桃鋸口破殼裝置
(8)沖壓式破殼裝置
(9)核桃破殼挖核裝置
2.1.3殼仁分離裝置
殼仁分離問題是核桃破殼取仁的難題之一。論文代寫目前國內(nèi)尚未見到好的分離方法和分離設備的報道，而國外雖然很好地解決了殼仁分離的問題，但設備成本高，工藝復雜，對于加工能力有限的工廠和個人來說，是很難接受的。以下對現(xiàn)有設備和方法進行簡單介紹。
2.1.3.1機械法分離殼和仁
目前利用機械法分離殼和仁的裝置主要有以下三種：
(1) 絨輥分離殼仁
(2) 帶式分離殼仁
(3) 輪齒撥殼分離殼仁
2.1.3.2磁選法分離殼和仁
(1)絨輥分離殼仁
(2)帶式分離殼仁
(3)輪齒撥殼分離殼仁
2.1.3.3磁選法分離殼和仁
由上述可以看出：核桃剝殼技術隨著需求的變化越來越多樣化，剝殼技術也越來越多樣化。但由于核桃的品種多樣化及核桃外形的不規(guī)則，導致核桃的剝殼效率仍不能滿足人們的需求。
2.2有限元分析
2.2.1有限元機理
有限元法也叫有限單元法(finite element method, FEM)，是隨著電子計算機的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一種彈性力學問題的數(shù)值求解方法。有限單元法(FEM)作為一種實用性很強的數(shù)值模擬方法，在許多工程分析中得到廣泛應用，如固體力學中的位移場和應力場分析、電磁學中的電磁場分析、振動特性分析、傳熱學中的溫度場分析、流體力學中的流場分析等。這些問題的共同點是它們都可以歸結(jié)為在給定邊界條件下求解其控制方程(常微分方程或偏微分方程)的問題。有限單元法的基本思想是將連續(xù)的求解區(qū)域離散為一組有限個、且按一定方式相互聯(lián)結(jié)在一起的單元(Element )的組合體。由于單元能按不同的聯(lián)結(jié)方式進行組合，且單元本身又可以有不同形狀，因此可以模型化幾何形狀復雜的求解域。
在實踐中，有限元分析法通常由三個主要步驟組成(David Roylance 2001)：
1、預處理：用戶需建立物體待分析部分的模型，在此模型中，該部分的幾何形狀被分割成若干個離散的子區(qū)域——或稱為“單元”。各單元在一些稱為“結(jié)點”的離散點上相互連接。這些結(jié)點中有的有固定的位移，而其余的有給定的載荷。準備這樣的模型可能極其耗費時間，所以商用程序之間的相互競爭就在于：如何用最友好的圖形化界面的“預處理模塊”，來幫助用戶完成這項繁瑣乏味的工作。有些預處理模塊作為計算機化的畫圖和設計過程的組成部分，可在先前存在的CAD文件中覆蓋網(wǎng)格，因而可以方便地完成有限元分析。
2、分析：把預處理模塊準備好的數(shù)據(jù)輸入到有限元程序中，從而構成并求解用線性或非線性代數(shù)方程表示的系統(tǒng)
式中，u 和 f 分別為各結(jié)點的位移和作用的外力。矩陣 K 的形式取決于求解問題的類型，本模塊將概述桁架與線彈性體應力分析的方法。商用程序可能帶有非常大的單元庫，不同類型的單元適用于范圍廣泛的各類問題。有限元法的主要優(yōu)點之一就是：許多不同類型的問題都可用相同的程序來處理，區(qū)別僅在于從單元庫中指定適合于不同問題的單元類型。
3、后處理：在有限元分析的早期，用戶需仔細地研讀程序運算后產(chǎn)生的大量數(shù)字，即列出的模型內(nèi)各離散位置處的位移和應力。這種方法容易漏掉重要的趨向與熱點，而最新的程序則利用圖形顯示來幫助用戶直接觀察運算結(jié)果。典型的后處理模塊能顯示遍布于模型上的彩色等應力線圖，以表示不同的應力水平，顯示的整個應力場的圖像類似于光彈性法或云紋法的實驗結(jié)果。
2.2.2 有限元的應用
目前，有限元方法在堅果力學分析領域中應用廣泛，為堅果破殼設備的研制提供有效的理論依據(jù)
。吳斌芳等(1996)應用薄殼理論和斷裂理論對綿核桃進行力學分析，并通過試臉驗證，得到了綿核桃機械剝殼取仁的重要參數(shù)。吳子岳(1995)將核桃殼簡化成各項同鄉(xiāng)性的均勻厚度的薄球殼，利用薄球殼理論進行應力和形變分析，得出兩對法向集中力有利于核桃殼完全均勻破裂的結(jié)理論。王靈軍等利用有限元方法分析了銀杏在各種施力狀態(tài)下的應力分布進行分析，找出了最佳的施力方向和施力方式，對脫殼設備的研制提供了理論的依據(jù)。攣玉振等(1994)通過對松籽殼體工程特性參數(shù)的測試和靜力有限元計算拿得出有限元計算結(jié)果與試驗測試結(jié)果數(shù)據(jù)相比誤差約為16%。
(H.Chen，J.De Baerdemaeker)利用有限元法檢測水果的堅度。把蘋果和菠蘿建立成為65節(jié)點48單元的模型，進而分析水果的堅度。把實驗數(shù)據(jù)繪制成為以楊氏模量為縱坐標，水果堅度為橫坐標的曲線圖，并且與實驗數(shù)據(jù)進行比較得出結(jié)論。謝麗娟等(2006)建立了蓮子受靜態(tài)正壓力的有限元分析模型，設定了短軸方向加載集中力、加載均布的線載荷、加載一定區(qū)域內(nèi)的面載荷3種受力工況，對蓮子在該3種工況下的應力、應變情況進行分析計算。分析結(jié)果表明，最佳脫殼的施力方式是在蓮子短軸方向加載沿長軸均布的線載荷，這時蓮子的應力、應變分布有一定方向性，有利于裂紋擴展，使蓮子有效脫殼，從而為脫殼設備的研制提供了參考依據(jù)。
針對山核桃果殼完全破裂所需的變形量大于殼仁間隙，用一般的機械擠壓方法破殼會造成大量碎仁等問題。利用Pro/E軟件建立了山核桃的幾何模型。采用有限元分析方法構建了山核桃破殼受力模型，并對山核桃進行了受力機械剝殼取仁的重模擬與分析。根據(jù)不同受力方向和不同栽荷下山核桃的應力應變分布情況，確定山核桃殼變形量不大且產(chǎn)生局部裂紋點多、裂紋點易擴展的最佳施力方式，為山核桃破殼取仁設備的研制提供依據(jù)(丁正耀等2010年)。
曹玉華等(2010)應用有限元分析方法對蓖麻蒴果在壓載作用下頂部和中部的應力分布進行分析，建立了蓖麻蒴果幾何模型和有限元模型.研究結(jié)果表明：蓖麻蒴果果殼破裂的主要原因是由最大拉應力引起果殼破裂。頂部壓載荷作用時，最大拉應力的位置在蒴果果柄頂部中縫處,拉應力引起中果皮內(nèi)面產(chǎn)生裂紋;而中部壓載荷作用時，最大拉應力的位置出現(xiàn)在蒴果中果皮中縫的兩端，拉應力也引起中果皮四周角靠近直線處的內(nèi)面產(chǎn)生裂紋。
由以上研究可以得出這樣的結(jié)論：即使是很復雜的應力問題的數(shù)值解，現(xiàn)在用有限元分析的常規(guī)方法就能得到。相比較普通的處理方法，有限元法有著更加優(yōu)越的效果。采用有限元方法建立模型，對研究對象進行應力的虛擬研究是可行的。并且能夠通過對模型的研究得出相應的研究數(shù)據(jù)，從而為研究提供合理的數(shù)據(jù)來供參考。