基于本构模型的颗粒饲料成型特性研究

• Published in: 农业工程学报 Vol. 33; no. 23; pp. 267 - 275
• Main Author: 陈啸;孔丹丹;王红英;方鹏
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 中国农业大学工学院,农业部国家农产品加工技术装备研发分中心,北京 100083 2017
• Subjects: 黏弹性;挤压;模型;饲料原料;颗粒成型特性;材料流变学; models; 颗粒成型特性; 模型; viscoelasticity; extrusion; 饲料原料; 材料流变学; feedstuff; 挤压; pellet forming properties; material rheology; 黏弹性
• ISSN: 1002-6819
• DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.23.035

为研究饲料原料挤压成型特性，构建了非线性黏弹塑性颗粒饲料成型本构模型，针对主要饲料原料小麦，通过分析成型试验因素对其本构模型系数及其表征的流变学特性的影响，研究物料特性、加工参数等对小麦原料成型特性的影响规律，并分析了模型系数与颗粒成型质量的相关性关系。黏弹塑性本构模型由牛顿黏滞体（Newton viscous dashpot element）、应变硬化弹簧元件（strain hardening spring element）和库伦摩擦元件（Coulomb friction element）构成，基于小麦原料的实际成型试验完成模型构建；模型验证结果显示：数值结果中各应力区间模型决定系数R2在0.99以上，模型值与试验值较为吻合，相对误差总平均值为3.378%，并通过χ2检验进一步证明模型有效性；应用本构模型对小麦原料成型特性的分析结果显示，表征其流变学特性的模型系数表现出明显的应力函数规律，黏性系数绝对值随着挤压过程的进行逐渐减小，弹性模量值逐渐增大，集成塑性系数值则表现为先增后降，而各成型试验因素对模型系数产生了显著规律性影响，与宏观试验现象比较吻合；通过Pearson相关性分析可知颗粒成型密度、颗粒成型率、颗粒成型硬度等成型质量指标分别与黏性系数、塑性模量与弹性模量间达到了最高的相关系数，数值皆在0.80以上且为极显著相关性水平（P<0.001），为基于本构模型对颗粒成型质量进行分析和控制提供依据。研究结果为颗粒饲料挤压成型特性研究提供了一种新方法和新角度，也为颗粒饲料的高效低耗生产和产品质量的改善提供基础数据和理论参考。