稻谷、小麦堆密度的实验研究开题报告

1. 研究目的与意义

农业是我国国民经济的基础，农业现代化进程关系着我国的国计民生。随着社会的进步、经济的发展，农业现代化、机械化程度不断的提高。无论是在农业生产过程中，还是在农业物料的加工、运输、装卸、储藏等过程中，都需要清楚的了解农业物料的物理特性。粮食堆密度是粮食物理特性中的基础组成部分。

粮食是散粒体，储藏在筒仓中粮堆的静态特性表征为粘弹塑性体。粮食在干燥、碾磨以及储藏过程中均受到压缩载荷，引起密度的改变，从而导致粮食颗粒产生破裂及永久变形，直接影响其品质和加工产品的质量。在粮食储藏过程中，随着粮层深度增加，同一粮层的密度随之改变且分布不均。粮仓中粮堆变形随时间增加而日益严重，其底层粮食越来越压实，使得受压后颗粒产生裂纹，霉菌易侵蚀，影响粮食的安全储藏。因此，研究粮仓中粮堆的密度分布能有效改善储藏粮堆质量。

同时，粮食储藏是国家粮食宏观调控的重要基础信息，我国每年均需投入大量人力、物力和资金开展清仓查库工作。粮食储藏数量检查是粮食库存检查的一项重要内容，其中包括体积密度法。此方法是指通过测量粮堆的体积和平均密度计算粮仓中粮食数量的检查方法。现有的体积密度法使用粮仓的表层密度乘以修正系数来获取粮堆的平均密度，而修正系数是凭经验给出的，通过此方法计算的粮仓中粮食数量误差大。因此，研究粮仓中粮堆的密度分布能准确快捷地计算粮仓中粮食的总重量。

2. 研究内容和预期目标

2.1测定4个品种的稻谷样品在不同压力（6个压力）、不同水分（6个水分）条件下的堆密度

2.2测定4个品种的小麦样品在不同压力（6个压力）、不同水分（6个水分）条件下的堆密度

2.3研究不同压力对稻谷、小麦堆密度的影响

3. 国内外研究现状

早在20世纪40年代，欧、美、日等发达国家就对粮食的力学特性进行了研究，并取得了一定的成果。而最早对粮食密度进行研究的是在20世纪60年代，Shelef和Mohsenin (1967)等人用拉伸强度试验机研究了麦粒单轴压缩的力学特性，得到其力-变形关系[1]。Zorerb和Hall（1960~1974）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[2]。Bilanski、Shelef、Mohsenin 以及Balastreire（1966~1978）等人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的含水率、试验时间以及试验温度有关[3]。Prasad和Gupta等人(1973)研究了在准静态压缩载荷作用下稻谷的性质，随着水分的增加12～24% d.b，稻谷的最大压力范围为160.7～40.6N[4]。M.Liu和Haghighi等人(1989)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[5]。Kamst和Bonazzil等人(2002)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[6]。张洪霞、马小愚(2004)研究了大米的压缩力学指标，如弹性模量、破坏力及破坏应力，并研究得到不同品种大米的弹性模量差异为显著，破坏力差异为极显著，而破坏应力没有显著差异[7]。M.H. Saiedirad和A.Tabatabaeefar 等人（2008）研究了静态压力载荷下水分，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[8]。张洪霞（2009）采用平板加载压头对稻谷颗粒进行应力松弛试验，获得了稻米籽粒应力松弛特性的力学指标，并研究了含水率对稻米籽粒应力松弛特性的影响，通过多项式回归分析建立了稻米籽粒应力松弛各力学指标随含水率变化关系的数学模型。得到结论：不同含水率稻米的松弛模量随含水率的增加而减小。并提出稻米的粘弹性，除了与含水率有关以外，还与温度有关[9]。程绪铎，石翠霞等人（2010）利用应变控制式三轴仪对小麦的体积压缩和体变模量进行了实验测定,并探讨了围压和水分对体变模量的影响。结果表明:小麦堆的体积随着围压的增大而减小；小麦堆(水分为13.7%、16.4%、18%)的体变模量随着围压(5~30 kPa)的增大而增大，它们的体变模量的范围分别为173.5~259.3 kPa、164~240 kPa、151~229.4kPa；小麦堆体变模量随着水分的增大而减小，当小麦堆围压为30 kPa，水分为13.7%~18%时，它的体变模量变化范围为223.5~270 kPa[10]。

但到目前为止，粮堆密度的基础数据还不完善。粮食储藏数量检查的方法是用平均密度乘以体积。平均密度因粮仓的大小和储藏期的不同而变化，目前仅凭经验估计[11]。而测量粮堆密度分布的新方法正在研究之中，有研究者利用微波检测粮堆的密度，这个方法是通过测量微波通过时的粮堆介电常数，再由介电常数与密度的关系而获取粮堆的密度[12]。但这种方法不能测量粮仓深处的密度，因微波无法到达粮堆深处而不被干扰，目前仅能测量两米深处的粮堆密度[13]。也有研究者在筒壁和底部安装力传感器，由仓壁和底部应力分布推出储粮总重量，但这种方法存在两个问题，一是由仓壁和底部应力分布推出储粮总重量需要建立精准的数学模型，否则测算的误差大，二是成本高，难以推广。到目前为止，粮仓中粮堆的高度分布和装粮重量的理论和实验研究成果还未见报导，也没有有效的测量方法。因而，研究粮仓中粮堆的密度分布是非常必要的。

4. 计划与进度安排

2022.11.28-2022.12.19 选题、查阅相关文献、资料；

2022.12.20-2022.12.31 撰写毕业论文开题报告；

2022.01.01-2022.01.12 确立试验方案；

5. 参考文献

[1]shelef l , mohsehin n. evaluation of the modulus of elasticity of wheat grain[j]. cereal chemistry,1967,44(6):392-403.

[2] zorerb g. c., hall c. w.. some mechanical and rheological properties of grain [j]. the journal of agricultural engineering.1960,5 (1):83~92.

[3] bilanski w k. damage resistance of seed grains [j].trans of asae.1966,11(2):360~363.