马铃薯机械碰撞有限元分析与试验研究
                                        郭世鲁，王卫兵，李〓猛，陈绍杰，李俊虎
                                  (石河子大学机械电气工程学院，新疆 石河子〓832003)
    为了得到马铃薯机械碰撞的安全高度，采用三维扫描仪对马铃薯进行三维扫描，运用HyperMesh和ANSYS/LS-DYNA软件建立马铃薯机械碰撞模型并进行有限元分析，得到马铃薯在不同碰撞高度的极限应力值。在不同高度对新鲜马铃薯进行刚体-柔体碰撞损伤试验，根据催化反应后的颜色判断马铃薯的损伤程度，并将得到的试验结果与有限元分析结果进行对比，得出马铃薯距刚体高度28cm时与刚体碰撞的应力值为1.813MPa，该应力值最接近马铃薯的碰坏应力值，此时马铃薯的损伤率＜4%。此结果为有关马铃薯装车高度、运输加工及马铃薯收获机具的设计提供了理论依据。

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     马铃薯的机械损伤主要发生在机械收获与装车过程中，而造成马铃薯机械损伤的主要原因为碰撞和压力［1］。近年来，果蔬的机械损伤在国内外得到了普遍重视，国内外学者对碰撞损伤问题运用试验与有限元分析相结合的方法进行了相关研究［2-5］。然而这些文献的有限元碰撞模型和网格划分都较粗略，有限元仿真结果对马铃薯的相关作业虽有一定的指导意义，但与实际结果还有一定差距。本文通过三维扫描仪对马铃薯的实体进行了数据采集，运用数据处理软件对采集的数据进行了合理处理，得到马铃薯模型，再将马铃薯模型导入ANSYS 与HyperMesh中进行精确的刚体-柔体碰撞有限元分析，求解岀马铃薯从不同高度下落与车厢底进行碰撞时的应力值，并将有限元结果与试验结果结合，得到马铃薯与刚体碰撞的安全高度，为马铃薯收获机具的设计和确定马铃薯的装车高度、运输加工提供依据，进而降低马铃薯的机械损伤率，提高马铃薯的收获质量。

1〓马铃薯的实体建模
     为了得到马铃薯精确的实体模型，对马铃薯进行三维扫描，采集马铃薯实体三维点云数据。实体三维点云数据采集系统如图1所示，主要由计算机、数据连接线、VTOP 三维扫描仪组成。在实体三维点云数据采集之前，将贴有标记点的马铃薯放在背景布上进行合理调焦，完成调焦后进行实体三维点云的数据采集。

〖TP32801.TIF，+58mm〗
1—背景布置放台；2—VTOP 三维扫描仪；〖JZ〗3—数据连接线；4—计算机；5—背景布
图1〓马铃薯三维点云采集系统〖HT7〗〖HT5SS〗
 
    将采集完成的马铃薯三维点云数据保存成asc格式的文件导入到Geomagic Studio软件中进行云点的拼接，并完成马铃薯实体模型建立，生成iges格式文件。马铃薯三维点云图及几何实体模型如图2 所示。

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基金项目：〖HTSS〗国家科技支撑计划项目（2012BAD42B03）〖HTH〗
作者简介：〖HTSS〗郭世鲁（1990—），男，山东菏泽人，石河子大学硕士研究生，主要从事机械CAD/CAM研究。





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