بخشی از مقاله
چکیده
اعمال بارهای ضربهایعمدتاً منجر به کوفتگی میگردد. کوفتگی آسیب وارد شده به بافت سیب در اثر نیروهای خارجی است و باعث کاهش کیفیت و ارزش اقتصادی آن می-شود. این مطالعه رفتار تغییر شکل مواد طبیعی را هنگام برخورد یا سقوط آزاد بررسی می کند. با استفاده از آزمایشهای تجربی خواص مکانیکی سیب تعیین شدند و در شبیه سازی سیب در نرم افزار آباکوس مورد استفاده قرار گرفتند
. در این مطالعه از سیب رد دلیشز به عنوان یک ماده طبیعی استفاده گردید. سیب در ارتفاعی برابر با 1/5 متر قرار گرفت و صفحه برخورد نیز سطحی صلب در نظر گرفته شد. پس از برخورد ماکزیمم تنش معادل 0/154 مگاپاسکال در لحظه برخورد سیب با صفحه بدست آمد و ماکزیمم نیروی تماسی 30/72 از نتایج شبیه سازی بدست آمد. این مقاله درک ما را در مورد تغییر شکل و خسارت میوهها یا سبزیها را با استفاده از کاربردهای مهندسی به کمک کامپیوتر افزایش میدهد.
-1 مقدمه
علی رغم جایگاه ممتاز جهانی ایران در تولید سیب درختی، متأسفانه پتانسیل صادرات این محصول نامناسب است. در این میان به نظر می رسد یکی از مهم ترین علل کاهش کیفیت ارقام سیب ایران آسیب کوفتگی وارد به این محصول است. از مهمترین عوامل موثر بر افزایش کمی و کیفی میوه سیب، مراقبتها در حین برداشت و پس از برداشت به منظور کاهش صدمات میباشد. این مراقبتها شامل شناخت بهترین زمان برداشت برای نگهداری طولانی مدت در انبار، جابجایی، درجهبندی، نگهداری، بستهبندی و حمل به بازارهای داخلی و خارجی به منظور کمینه نمودن تلفات آن میباشد.
مسیر سیب از باغ تا فروشگاه مسیر پیچیدهای است. در مراحل مختلف در این مسیر سیب تحت تأثیر فرایندهای مختلفی همچون برداشت، بسته بندی، جداسازی، درجهبندی، انبار و حمل و نقل میشود. طی این فرایندها سیب تحت بارگذاریهای استاتیکی و دینامیکی قرار میگیرد، که ممکن است منجر به صدمه شود.
بارگذاری دینامیکی ممکن است یک ضربه باشد، که میتواند در حین برداشت و افتادن آنها در سبدهای برداشت اتفاق افتد، و یا به صورت ارتعاش که ممکن است طی حمل و نقل رخ دهد. آسیب مکانیکی در انواع میوه و سبزی در اثر تنشهای تماسی تحت بارهای استاتیکی، شبه استاتیکی و ضربهای ایجاد و موجب کاهش کیفیت محصول و ارزش اقتصادی آن میشود. کوفتگی در سیب در واقع شکست بافت آن - گوشت - ، در نزدیکی رویه میوه تحت بارهای فشاری یا ضربهای است. محققین بسیاری نیز به بررسی تأثیر دما بر حجم کوفتگی سیب درختی پرداختند. نتایج نشان داد حجم کوفتگی با افزایش دمای محصول کاهش می یابد. این پژوهشگران کاهش مدول الاستیسیته در نتیجه ی افزایش دما را به عنوان علت اصلی این پدیده گزارش کردند
در پژوهش دیگری لهیدگی موضعی سیب رقم رد دلیشز مورد شبیه سازی قرار گرفت. مدل شبیه سازی شده می توانست میزان لهیدگی سیب در بارگذاری های شبه استاتیکی را با دقت خوبی تعیین نمایداخیراً. نیز پژوهشی در مورد تأثیر ارتفاع سقوط بر میزان کوفتگی ارقام مختلف سیب درختی گزارش شده است براساس یافته های این پژوهشگران سرعت 0/25 بر ثانیه حداکثر سرعتی بود که منجر به کوفتگی ماندگار در ارقام مختلف سیب شد
احمدی و همکاران - 2010 - قبﻻً تحقیق مشابهی را در مورد هلو انجام و گزارش کرده بودند. به طور کلی، علی رغم این که تحقیقات مختلفی بر روی کوفتگی سیب و عوامل مؤثر بر آن انجام پذیرفته برخی از موارد حائز اهمیت هنوز مورد بررسی قرار نگرفته و از طرف دیگر پراکندگی داده ها، مقایسه و تفسیر آن ها را مشکل کرده است
مسعودی و همکاران - 1384 - خواص فیزیکی و مکانیکی سه رقم سیب صادراتی گلدن دلیشز، رد دلیشز و گرانی اسمیت را تعیین و مقایسه کردند. میانگین ابعاد هندسی، ارتفاع، میانگین هندسی قطرها، جرم و حجم در هر سه رقم اختلاف معنی داری داشتند. مقدار جرم مخصوص ظاهری و ضریب کرویت ارقام رد دلیشز و گرانی اسمیت با هم اختلاف معنی داری نداشتند ولی با رقم گلدن دلیشز اختلاف معنیداری تا سطح احتمال پنج درصد داشتند.
موارد کاربردی از شبیه سازی و تحلیل تنش میوه ها به کمک رایانه در مهندسی کشاورزی، اغلب شامل مسائل پیچیده ای است که تنها با روش عددی قابل حل است یکی از این رهیافتها تخمین ناحیه تنش میوه ها با استفاده از روش المان محدود است. روش المان محدود یک رویه عددی است که می تواند برای بدست آوردن راه حل مسائل مهندسی در مقیاس های بزرگ یا پیچیده مشمول بر آنالیز تنش، انتقال حرارت الکترومگنتیزمٌ و جریان سیال بکار گرفته شود
بسیاری از مطالعات انجام شده در ارتباط با بررسی آسیب های مکانیکی و خصوصیات فیزیکی مواد زیستی با استفاده از رهیافت المان محدود در تحقیقات علمی یافت می شود. این مطالعات نشان می دهد که FEM می تواند روش مناسبی برای محاسبه برخی خصوصیات و تعیین رفتار تغییر شکل مواد زیستی محسوب شود. علاوه بر این، بسیاری از تحقیقات انجام شده برای بررسی آسیب های ناشی از ضربه به میوه ها، بر روی سیب انجام شده و روز به روز توسعه مییابند
آبوت و لو - 1996 - آزمایشاتی را برای تعیین تأثیر رسیدگی، جهت و مکان نمونه گیری بر روی چهار خاصیت مکانیکی شامل تنش شکست، کرنش شکست، انرژی شکست و مدول الاستیسیته ظاهری سه رقم سیب دلیشز،گلدن دلیشز و رم بیوتی انجام دادند. هدف این پژوهش، تعیین خواص مکانیکی و حساسیت به صدمات مکانیکی - کوفتگی - میوه سیب میباشد. مراحل این پژوهش عبارتند از:
.1 تعیین خواص فیزیکی و مکانیکی میوه به منظور مدل کردن میوه در نرم افزار آباکوس.
.2 شبیه سازی فرایند سقوط میوه و برخورد آن با یک صفحه صلب.
.3 نشان دادن تنشهای ﲤاسی، دیاگرام توزیع تنش و کرنش های ایجاد شده در درون و روی میوه.
-2 مواد و روشها:
1-2 تعیین خواص مکانیکی سیب
برای تعیین خواص مکانیکی سیب از دستگاه اینستران و آزمایش تک محوری استفاده شد. از گوشت هر سیب نمونه استوانهای شکل با قطر 12 میلی متر و ارتفاع 20 میلی متر تهیه شد. نمونه های تهیه شده مطابق شکل 1 در بین دو صفحه تخت فکهای بارگذاری قرار گرفتند.
نمودار نیرو- تغییر شکل برای نمونه ترسیم گردید. سپس با تقسیم نیرو بر مساحت قاعده نمونه ی استوانه ای، تنش؛ و با تقسیم تغییر شکل نمونه بر طول اولیه نمونه کرنش محوری محاسبه شد. سپس از روی این نمودار مقادیر مورد نیاز برای محاسبه خواص مکانیکی استخراج شد. در تمام آزمایشها سرعت بارگذاری 10 میلیمتر بر دقیقه بود
از روی منحنی تنش- کرنش حاصل از بارگذاری نمونه در دستگاه اینستران، سفتی، ضریب کشسانی ظاهری، چغرمگی، تنش گسیختگی، کرنش گسیختگی، نقاط تسلیم و گسیختگی و ماکزیمم تنش تماسی میتواند به دست آید.
شکل - 1 - دستگاه، نمونه ها و نحوه قرار گیری نمونه ها بین دو فک دستگاه
