Características compresivas y simulación de fractura de fruta de cerasus humilis
Autores: Hao, Cheng; Yang, Dongjin; Zhao, Liyang; Yang, Jianguo; Wang, Tao; He, Junlin
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Características compresivas y simulación de fractura de fruta de cerasus humilis
Categoría
Ciencias Agrícolas y Biológicas
Subcategoría
Ciencias Agrícolas y Biológicas Generales
Palabras clave
Proceso de cosecha
Comportamiento mecánico
Fruto de Cerasus humilis
Carga compresiva
Modelo de elementos finitos
Energía de fractura
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 23
Citaciones: Sin citaciones
Durante el proceso de cosecha de Cerasus humilis, los frutos son susceptibles a la compresión y los impactos de los dientes del peine, lo que lleva a daños internos en la pulpa y ruptura de la cáscara. Esto compromete la calidad de los frutos cosechados y el procesamiento posterior, lo que resulta en pérdidas económicas significativas. Para investigar el comportamiento mecánico del fruto de Cerasus humilis, este estudio midió los parámetros geométricos, así como las propiedades mecánicas (carga de falla, módulo elástico, resistencia a la compresión y energía de fractura) de la cáscara, pulpa y núcleo en direcciones axiales y radiales. Se construyó un modelo geométrico del fruto de Cerasus humilis utilizando tecnología de ingeniería inversa tridimensional. El proceso de ruptura del fruto bajo carga compresiva fue simulado y analizado utilizando el software Abaqus (Versión 2023). Se investigaron los mecanismos de daño, y la precisión y confiabilidad del modelo de elementos finitos fueron validadas a través de experimentos de compresión. Los resultados experimentales indicaron que las propiedades mecánicas de la cáscara del fruto de Cerasus humilis no mostraron diferencias significativas entre las direcciones axial y radial, lo que permite considerarla como un material isotrópico. En contraste, las propiedades mecánicas de la pulpa y el núcleo mostraron diferencias significativas en ambas direcciones, demostrando características anisotrópicas. Además, la resistencia a la compresión axial del fruto de Cerasus humilis fue mayor que su resistencia a la compresión radial. Los resultados de la simulación revelaron que durante la compresión axial, cuando la tensión superficial de la cáscara alcanzó 0.08 MPa, el fruto se fracturó completamente. La ubicación y morfología de las grietas en la simulación fueron consistentes con las observadas en los resultados experimentales. Además, bajo diferentes direcciones de compresión, las curvas fuerza-desplazamiento obtenidas de pruebas de compresión reales se alinearon estrechamente con las de las simulaciones de elementos finitos. El modelo de elementos finitos establecido en este estudio simula y predice de manera efectiva el comportamiento de la fractura y daño interno del fruto de Cerasus humilis bajo cargas compresivas. Esta investigación proporciona una base teórica y orientación técnica para reducir el daño mecánico durante el proceso de cosecha de Cerasus humilis.
Descripción
Durante el proceso de cosecha de Cerasus humilis, los frutos son susceptibles a la compresión y los impactos de los dientes del peine, lo que lleva a daños internos en la pulpa y ruptura de la cáscara. Esto compromete la calidad de los frutos cosechados y el procesamiento posterior, lo que resulta en pérdidas económicas significativas. Para investigar el comportamiento mecánico del fruto de Cerasus humilis, este estudio midió los parámetros geométricos, así como las propiedades mecánicas (carga de falla, módulo elástico, resistencia a la compresión y energía de fractura) de la cáscara, pulpa y núcleo en direcciones axiales y radiales. Se construyó un modelo geométrico del fruto de Cerasus humilis utilizando tecnología de ingeniería inversa tridimensional. El proceso de ruptura del fruto bajo carga compresiva fue simulado y analizado utilizando el software Abaqus (Versión 2023). Se investigaron los mecanismos de daño, y la precisión y confiabilidad del modelo de elementos finitos fueron validadas a través de experimentos de compresión. Los resultados experimentales indicaron que las propiedades mecánicas de la cáscara del fruto de Cerasus humilis no mostraron diferencias significativas entre las direcciones axial y radial, lo que permite considerarla como un material isotrópico. En contraste, las propiedades mecánicas de la pulpa y el núcleo mostraron diferencias significativas en ambas direcciones, demostrando características anisotrópicas. Además, la resistencia a la compresión axial del fruto de Cerasus humilis fue mayor que su resistencia a la compresión radial. Los resultados de la simulación revelaron que durante la compresión axial, cuando la tensión superficial de la cáscara alcanzó 0.08 MPa, el fruto se fracturó completamente. La ubicación y morfología de las grietas en la simulación fueron consistentes con las observadas en los resultados experimentales. Además, bajo diferentes direcciones de compresión, las curvas fuerza-desplazamiento obtenidas de pruebas de compresión reales se alinearon estrechamente con las de las simulaciones de elementos finitos. El modelo de elementos finitos establecido en este estudio simula y predice de manera efectiva el comportamiento de la fractura y daño interno del fruto de Cerasus humilis bajo cargas compresivas. Esta investigación proporciona una base teórica y orientación técnica para reducir el daño mecánico durante el proceso de cosecha de Cerasus humilis.