1. 研究目的与意义
我国是稻谷生产大国，其稻谷种植面积约占粮食作物总面积1/4，并且我国的稻谷产量约占全国粮食总产量的1/2，在商品粮中占一半以上。我国幅员辽阔，气候条件复杂，稻谷的储藏问题不容忽视。稻谷在运输、装卸及储藏过程中均受到压缩载荷，若粮仓中粮堆高，深处的稻谷受到的压力很大，当压力超过了稻谷籽粒能承受的范围，稻谷籽粒就会产生形变，甚至破裂，从而改变或破坏了它的颗粒质构，也改变了它的生理状态和活动环境，影响了其安全储藏，使其更容易受微生物的侵蚀，进而影响稻谷的利用率和种子的出芽率。同时，稻谷的力学特性对粮仓特性也有着至关重要的作用。为此，研究稻谷堆的压缩特性是非常必要的。
2. 研究内容和预期目标
研究内容：本选题研究含水量对稻谷籽粒压缩特性的影响，使用三轴仪测定不同水分、不同围压下稻谷堆压缩特性参数，从而得出压缩特性参数与稻谷堆围压的关系。
拟解决的关键问题：1、测定出不同水分、不同围压下稻谷堆压缩特性参数；
2、给出压缩特性参数与稻谷堆围压的关系。
3. 国内外研究现状
早在20世纪60年代国外发达国家就对粮食的压缩特性进行了研究，并且取得了一定的成果。shelef和mohsenin等人于1967年用拉伸强度试验机研究了麦粒单轴压缩的力学特性，得到了其力与变形的关系，比较早的发现了粮食籽粒变形与压缩作用力的关系。zorerb和hall于1960-1974年研究了马齿状玉米、小麦、豌豆、豆类植物在不同含水率下缓慢加载的特性，研究表明谷物挤压强度的影响参数是含水率、温度、加载速度和加载位置及物料尺寸。bilanski、shelef、mohsenin以及balastreire等人于1966-1978年对玉米颗粒的弹性模量、变形模量、应力松弛特性等力学特性进行了研究，指出玉米颗粒的力学特性与玉米含水率、试验时间以及试验温度有关。1973年，prasad和gupta等人研究了在准静态压缩载荷作用下稻谷的性质，稻谷含水率在12%-24%范围内时，随着含水率的增加，稻谷的最大压力范围为160.7 n~40.6 n,并且有逐渐减小的趋势。1978年，paulsen报道了在压缩载荷作用下，含水率为9~20%范围内的大豆种皮破裂时的压力、变形和刚性。结果表明，大豆含水率在9~20%范围内时，随着含水率的增加，种皮开始破裂所需力减小。最大刚性发生在水分为12~16%d.b的范围内。1989年，liu m和haghighi等人研究了大豆及大豆种皮在不同温度和不同含水量下的粘弹性，建立了广义maxwell模型，并于1990年研究了大豆子叶的力学特性和大豆籽粒的破坏力，用应力松弛、压缩、弯曲实验测得了大豆子叶的松弛模量、极限压缩和拉伸强度。2002年，kamst和bonazzil等人进行了稻米的应力松弛试验，研究表明稻米是线性粘弹性体，弹性模量和挤压强度随变形速率增大而增大、随温度及含水量增大而减少，在含水量较低时温度影响较大。2006年，erica baumler和adela cuniberti等人使用平行平板对红花种子颗粒进行压缩试验，加载速率为1mm/min，得到不同水分下红花种子的力与变形的关系曲线。并得到在水平和垂直加载方向上，种子的破坏力范围为40n~20n。2008年，m.h.saiedirad和a.tabatabaeefar等人研究了静态压力荷载下水分，种子大小，加载速率以及种子放置取向对小茴香籽破碎所需的力和能量的影响。研究发现：在垂直和水平取向上，含水率在5.7%~15%范围内时，随着种子水分的增加，种子破坏所需的力分别从15.7减小到11.96n，从58.2减小到28.8n，并且吸收的能量分别从1.8增加到8.6mj，从7.6增加到14.6mj。
国内对粮食籽粒压缩特性的研究开始的较晚，开始在20世纪80年代。1996~1999年马小愚、雷得天等人研发了一个物料力学性质测试系统，设计出微机测试处理系统软件，可以进行力-变形关系、应力松弛、蠕变等各类性质测试，具有拉伸、压缩、剪切、弯曲等试验功能。后又利用二平行刚性平板对大豆、小麦颗粒进行应力松弛试验，绘制出单轴压缩的力-变形关系曲线，得出模型的松弛参数，并且讨论了含水率、种子结构和颗粒形状对颗粒弹性常数的影响。结果发现同一含水率的籽粒在沿三轴方向挤压时，其破裂力有显著差异；含水率对籽粒的屈服力及破坏力的影响特别显著。袁月明（1996）、杨玉芬等人对玉米粒的静压破损特性进行了研究，表明玉米籽粒内部结构的抗破裂能力以及玉米籽粒受压的部位均对玉米粒的静压破损特性有较大的影响。毛志怀（2003）和冯和平通过准静态压缩试验、剪切试验和应力松弛试验分别对不同含水率的玉米籽粒、不同热风温度干燥的玉米籽粒、有热应力裂纹的玉米籽粒及自然干燥无裂纹的玉米籽粒进行了对比试验，对不同情况的玉米籽粒的力学性能进行了研究。结果表明，较高的含水率、较高的干燥温度和应力裂纹的存在都是玉米籽粒的破坏强度降低，使玉米籽粒更容易破碎。李诗龙（2005）研究了油菜籽的形态、结构、细胞组织、散体的密度、摩擦因数、弹性模量和泊松比以及渗透性和吸附性等物理特性。张强、刘传云（2007）等人利用材料性能按美国农业与生物工程师协会asae s368.4 dec2000（r2006）标准对大豆样品进行了压力试验，测量出加载载荷量与对应变形量的数据，运用matlab和dps软件对数据进行分析处理，得到了大豆的表观接触弹性模量。并且通过对大豆加载载荷量与对应变形量的曲线分析，发现大豆压缩时没有明显的屈服点。在破裂点前，力与变形基本呈线性关系。2009年，张洪霞利用平板加载压头对稻谷颗粒进行应力松弛试验，得到了稻谷籽粒应力松弛特性的力学指标，并研究了含水率对稻谷籽粒应力松弛特性的影响，通过多项式回归分析建立了稻谷籽粒应力松弛各力学指标随含水率变化关系的数学模型。结果表明：随着稻米含水量的增加，稻米籽粒的松弛模量逐渐减小，并且稻米的粘弹性还与温度有关。
由此可见，国内外对粮食颗粒压缩特性和相关物理特性的研究较多，但是这些研究给出的实验参数不完整，而且对粮堆的压缩特性（最大破坏力、弹性模量、体变模量）研究较少。
4. 计划与进度安排
2022年11月1日-2015年11月30日确定选题，熟悉选题内容、查阅相关文献；
2022年12月1日-2022年12月31日 实验阶段，并完成开题报告；
2016年1月19日-2016年4月10日撰写论文初稿；
5. 参考文献
[1] 石翠霞，陆琳琳，程绪铎.小麦堆压缩特性实验研究.粮食储藏，2011，40（4）：33~37
[2] 张洪霞，马小愚，雷得天.大米籽粒压缩特性的试验研究[j].黑龙江八一农垦大学学报，2004，16（1）：42~45
[3] shelef l, mohsehin n. evaluation of the modulus of elasticity of wheat grain[j]. cereal chemistry. 1967, 44 （6）：392~403
