包 括 动 、植 物 物 料 及 其 半 成 品 和 成 品 ， 以及 土壤 、 流变 特 性 等 力学 模 型 。通 过 分 析 计 算 细 胞模 型 的 受 化肥 、农药等有生命Ⅲ 物料和无生命物料 ，如谷物 、 力情 况 可 以 了解 农 业 物 料 的力 学 特 性 ，而 且 分 析 结
文章 编 号 ：１ ６ ７ １ — ９ ６ ４ ６（ ２ ０ １ ３ ）０ ９ ｂ 一 ０ ０ ４ ４ — ０ ４
农业物料细观 力学研 究进展及农产 品加 工 中的应用
武新 慧 ， 郭玉明
（ 山西农业大学 工学 院，山西 太谷 ０ ３ ０ ８ ０ １ ） 摘 要 ：农业物料细观力学性质 的研究为宏观力学在农业工 程中的应用奠定 了基础 ，为设计农 产品加工机械 、农业生 产 系统装备 、检测 系统设计等方面 的应用提供 了理论 支持 。通过对有 限元法 、解 析细胞模型和图像处理技术等 方法 解决农业物料细观力学 问题 的研究进展进行分析 ，较 为全面地综述 了农业物料 细观力学的研究现状 、发展趋势 和解 决农产 品加工实际问题的应用概况 ，旨在为研究运用农业物料细观力学提供参考。 关键词 ：农业细观力学 ；细胞模型 ；有限元 ；图像处理 ；农产品加工
２ ０ １ ３ 年第 ９ 期
武新慧 ，等 ：农业物料细观力学研究进展及农 产品加工中的应用
Байду номын сангаас
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液 看 作 电解 质 ，细 胞 壁 看 作 电介 质 。 以该 模 型 为 基 型研究了细胞间的黏接对整体组织宏观特性的影响 ， 础 ，求解 了高压脉 冲电场作用果蔬细胞时细胞 的跨 细胞 变形 与 外 载荷 之 间 的关 系 。王建 立 同 建 立 了细胞 膜 电位 、电荷分布 ；分析了高压脉冲 电场作用后细 的 二维 球 形 模 型 和 三 维球 形 模 型 。用 二 维 球 细 胞 力 胞膜 的受力情况 ；研究 了高压脉冲 电场作用果蔬细 学模 型计算 了细胞在原始状态 、初始状态 和受压状 胞 的击 穿 机 理 ，为 果 蔬 等 农 产 品 的干 燥 加 工 提 供 了 态 时 细胞 的弹 性 模 量 、泊 松 比 ，分 析 了 细胞 内压 与 理 论支 持 。 细胞 壁 应 力 的关 系 、泊 松 比 和弹 性 模 量 对 内压 变 化 平 面 六边 形细 胞模 型 见 图 １ ，球 形 单 细胞 ３层 介 的影 响 。采 用 三 维 球形 细胞 模 型 ，推 导 出细 胞 的平 板 压缩 问题 的平 衡 方 程 ，并 进 行 数 值 计 算 求 解 ，得 质模 型见 图 ２ ，细胞 的双 电层 模 型见 图 ３ 。 到 了细 胞 在 平 板 压缩 时外 形 的变 化 情 况 ，并 讨 论 了 内压 和体 积 的变 化 。 细胞 三维 薄壁 柱状 力学 模 型见 图 ４，细胞 三维 球 形 力学 模 型见 图 ５ 。
图 ４ 细胞三维薄壁柱状力学模型
图 ２ 球 形 单 细 胞 ３层 介 质 模 型
＋ Ｅ
图 ５ 细 胞 三 维 球 形 力 学 模 型
考 虑 到 细 胞 并 不 是 规 则 的柱 形 或 者 球 形 ，为 了 更 加 真实 地反 映 细胞 形状 ，ｗｕ建立 了苹 果 薄壁 细 胞 为 了解 受 外 载 时 ，细胞 的 变形 情 况 ，更 多 的研 的 三 维 力 学 模 型 。 该 细 胞 模 型 是 不 规 则 的几 何 体 ， 究 者 选 择 建 立 三 维 的 细胞 模 型 。 比较 典 型 的 三 维 细 认为细胞壁是各向同性 、连续 的等厚度壳体 。运用 胞 模 型 有 柱 形 、蜂 窝 形 、球 形 细胞 模 型 等 。Ｚ ｈ ｕ和 此 模 型 分 析 了 细胞 在 受 到 刚性 平 面 压 缩 时 的 内压 和 Ｍｅ ｌ ｒ ｏ ｓ ｅ ￣ 建 立 了细胞 的三 维薄 壁 柱 状力 学 模 型 ，将 细 压 缩 位 移 的关 系 。Ｍａ ｒ ｋ Ｆ Ｃ ｏ ｕ ｇ ｈ １ ｉ ｎ 建 立 了细 胞 的六 胞 看 成 正 六 边 形 蜂 窝状 柱 形 格 ，认 为 细胞 液 是 不 可 杆 无 固定 形 状 细胞 力 学 模 型 ，该 模 型 用 杆 和 缆 索 表
０ 引言
于动 物 细 胞 。近 年 来 ，越 来 越 多 的 学 者将 这 一 方 法 用来 研 究 农 业 物料 的力 学 特 性 ，通 过 建 立 细胞 模 型 农 业 物 料 是 指 农 业 生 产 、加 工 和处 理 的对 象 ， 获 得 了表 达 农 业 物 料 的 弹 性 模 量 、应 力 应 变 关 系 、
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收稿 日期 ：２ ０ １ ３ — ０ ５ — ２ ３ 基金项 目：国家 自然科学基金项 目 （ ３ ０ ７ ７ １ ２ ４ ２ ，３ １ １ ７ １ ４ ５ ０ ） 。 作者简介 ：武新慧 （ １ ９ ９ １ 一 ） ，女 ，山西人 ，硕士 ，研究方 向：农产品加工新技术与装备。 为通讯 作者 ： 郭玉 明 （ １ ９ ５ ４ 一 ） ，男 ，山西 人 ， 教授 ，博士生导师 ，研究方向 ： 农产 品加工新技术与装备 。
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种子 、果蔬 、禽 、蛋 、奶 、油 、烟茶等 。近年来 ， 在 新 型农 业 装 备 研发 、农 产 品 加工 技 术 的应 用 中均 涉 及 到农 业 物 料 的 细观 力 学 性 质 ，仅 从 宏 观 角 度 研 究 农 业 物料 的力 学 性质 已远 远 不 够 。 因此 ，从 细 观 层 面 、微 观 层 面 去研 究 农 业 物 料 的力 学 性 能 已成 为 农业 工程 领 域 ，特 别是 农 产 品 加工 领 域 的基 础 研 究 重 点 。本 文 对 农 业 物料 细 观 力 学 相关 研 究 的现 状 和 进展进行综述 ，并对其在农产品加工领域 的应用进 行分析 ，为农业物料力学研究及应用提供参考 。
第９ 期 （ 总第 ３ ２ ９ 期）
２ ０ １ ３年 ９月
农 产品加工 （ 学刊）
Ａ ｃ ａ ｄ ｅ ｍｉ ｃ Ｐ ｅ ｒ ｉ ｏ ｄ ｉ ｃ ａ ｌ ｏ ｆ Ｆ ａ ｒ ｍ Ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｓ Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ
Ｎｏ ． ９ Ｓ ｅ ｐ．
中 图分 类号 ：Ｓ １ ８ ３ 文 献标 志码 ：Ａ ｃ ｌ ｏ ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ １ － ９ ４６ ６ （ Ｘ） ． ２ ０ １ ３ ． ０ ９ ． ４２ ０ ’
Ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ａ ｎ ｄ Ａｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｆ ａ ｒ ｍ Ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｓ ｉ ｎ Ｍｅ ｓ ｏ ｍｅ ｃ ｈ ｎｉ ａ ｃ ｓ ｏ ｆ Ａｇ ｒ ｉ ｃ ｕ ｌ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ｌｓ ａ