بخشی از مقاله
چکیده
حجم زیادی از میوه خرمالو در سال برداشت میشود که درصد بالایی از آن به دلیل سقوط هنگام برداشت و یا هنگام انتقال به انبار، دچار نقص و کاهش کیفیت میشوند. به دلیل ضخامت کم پوسته، میوه خرمالو پس از برخورد با زمین آسیب قابل ملاحظهای میبیند، از این رو رفتار این میوه و شبیهسازی تست ضربه در اثر سقوط و هنگام برخورد با زمین انجام و درصد آسیب آن سنجش شد.
از آنجا که به دست آوردن تنشها در محصولات کشاورزی با پیچیدگیهایی همراه است، روشهای اجزاء محدود میتواند انتخاب خوبی برای به دست آوردن این تنشها باشد. در این پژوهش میوه خرمالو توسط نرمافزا SolidWorks شبیهسازی شد که بیشینه تنش در آن 4/169 پاسکال و تنش تسلیم آن 4/13 پاسکال بهدست آمد. مقادیر مربوط به حد نهایی ضربه وارد شده، تنشها و تغییر شکل محصولات، در طراحی بهینه ماشینهای کشاورزی به منظور کاهش خسارات وارده و در نتیجه کمینه کردن ضایعات محصولات کشاورزی کاربرد حیاتی دارد.
مقدمه
خرمالو با نام علمی Diospyros kaki از خانواده Ebenaceae است. گونههای متفاوتی از خرمالو در ایران کشت میشود. منشأ اولیهی خرمالو در کشور چین و ژاپن است که بعد از انتقال آن به ایران کشت و تکثیر شد. این امر باعث تولید سالانه 1000 تن میوه خرمالو در ایران و این تولید، ایران را به هشتمین کشور تولیدکننده خرمالو مبدل کرده است.
مکانیزه کردن مراحل فرآوری باعث ایجاد لهیدگی در محصولات کشاورزی بهویژه میوههای حساس به ضربه میشود که خرمالو نیز یکی از این میوههای حساس به ضربه است. با به دست آوردن حد نهایی ضربه واردشده، تنشها و تغییر شکل محصولات، میتوان ماشینهای کشاورزی را بهگونهای طراحی و به بازار عرضه کرد که حداقل خسارت را به محصولات وارد کنند. به دست آوردن تنشها در محصولات که بهگونهای از پیچیدگیهای خاص خود برخوردارند ساده نمیباشد به همین دلیل روشهای المان محدودی میتواند انتخاب خوبی برای به دست آوردن تنشها و موارد دیگر باشد.
مسائل تحلیلی به روش المان محدود بهصورت ساده قابل حل است، اما اگر کمی پیچیدگی در آنها به وجود آید دیگر بهصورت دستی قادر به حل آنها نخواهیم بود. رایانه توانایی آن را دارد که روشهای عددی را بهراحتی بر روی قطعه طراحی شده توسط نرم افزار پیاده سازی و تحلیل کند. . - Topakci et al. 2010 - در محصولات کشاورزی نیز در سالهای اخیر برای تحلیل تنشهای پیچیده حاصل از بارهای مکانیکی، روش المان محدود توجه برخی از پژوهشگران را به خود جلب کرده است
روش FEM روش مناسبی برای محاسبه ویژگیها و رفتارهای مواد طبیعی است . - Kabas et al. 2008 - به عنوان نمونه صدرنیا و همکاران در پژوهشی لهیدگی سیب - رقم گلدن دلیشز - و مقدار آسیب وارد شده تحت بارگذاری شبه استاتیکی را شبیهسازی و شناسایی کردند
در پژوهش دیگری توسط صدرنیا و همکارانش تنشهای وارده بر گوجهفرنگی در اثر سقوط از ارتفاع با روش المان محدود مورد برسی قرار گرفت . - Sadrina et al. 2008 - همچنین طی پژوهشهای دیگری نیز تغییرشکل سیب - رقم گلدن دلیشز - هنگام سقوط با روش المان محدود شبیهسازی شده است
هدف این پژوهش بررسی رفتار میوه خرمالو در اثر سقوط از ارتفاع به سطح زمین و تخمین میزان لهیدگی در اثر تنش-های به وجود آمده در نرمافزار SolidWorks میباشد که در حال حاضر در امر طراحی و تحلیل در زمره یکی از قویترین نرمافزارهای CAD/CAM قرارگرفته است
مواد و روشها
نمونه خرمالو انتخاب شده از باغهای شهرستان شیراز بود که ویژگیهای فیزیکی آن - جدول - 1 و همچنین ویژگیهای مکانیکی - در جدول - 2 از پژوهشهای گذشته استخراج گردید - صفی یاری و همکاران . - 1392 . شکل 1 نمونه واقعی میوه را نشان میدهد. به منظور شبیهسازی شرایط سقوط، میوه خرمالو بر اساس ابعاد واقعی در محیط قطعه سهبعدی در نرمافزار SolidWorks نسخه 2014 مطابق شکل 2 طراحی شد
. جدول :1 خواص فیزیکی میوه خرمالو - صفی یاری و همکاران - 1392.
جدول :2 خواص مکانیکی میوه خرمالو - صفی یاری و همکاران - 1392
شکل :1 میوه خرمالو در شرایط طبیعی
شکل :2 خرمالو طراحیشده در نرمافزار SolidWorks
نرمافزار مسائل دینامیکی را به صورت تابعی از زمان حل میکند. معادلهی کلی حرکت به شرح زیر است:
+ FD - t - + FE - t - = R - t - که در این رابطه FI - t - نیروهای اینرسی، - FD - t نیروهای استهلاکی، FE - t - نیروهای الاستیک و - R - t نیروهای خارجی شامل نیروهای گرانشی و برخورد هستند. همه این نیروها وابسته به زمان میباشند. به دلیل زمان حل کمتر و تخمین خودکار گام زمانی بحرانی بر مبنای کوچکترین اندازه المان، نرمافزارSolidWorks از روش صریح برای انتگرالگیری از معادلهی حرکت نسبت به زمان استفاده میکند.
در نرم افزار SolidWorks برای شیبهسازی شرایط سقوط میوه و باهدف سادهسازی در طراحی و تحلیل مسئله، کلاهک میوه خرمالو حذف و میوه بدون در نظر گرفتن دانهها بهصورت همگن منظور گردیده است. برای شبیهسازی و تحلیل سقوط میوه شرایط زیر اعمال شد. میوه از ارتفاع 6 متری در اثر جاذبه به زمین برخورد میکند. سرعت لحظه برخورد با سطح صلب برابر 10/84 متر بر ثانیه و از رابطه V= 2gh که در آن - h - ارتفاع سقوط و - g - شتاب جاذبه است بهدست میآید.
اولین گام بعد از انتخاب ماده موردنظر تجزیه آن به المانهای کوچک یا مشبندی قطعه میباشد که برای این منظور از محیط شبیهسازی - Simulation - ، آزمون ضربه - Drop Test - انتخاب گردید . برای تحلیل میوه خرمالو، از مش با المانهای چهار وجهی سهموی استفاده شد. مشبندی میوه خرمالو توسط نرمافزار در شکل 3 الف مشهود است. خرمالوی مشبندی شده دارای 16666 المان و 19479 گره است - شکل 3 ب - . گام بعدی پس از مشبندی وارد کردن اطلاعاتی همچون ارتفاع سقوط، شتاب جاذبه و جهت سطح برخورد است.
شکل :3 الف - میوه مشبندی شده در نرمافزار SolidWorks ب - مشخصات مشبندی
