تعیین پارامترهای مدل های ریاضی نیروی برخورد نرمال برای میوه سیب

یکی از عوامل اصلی کاهش کیفیت میوه، اثر زیان آور صدمه ناشی از ضربه می باشد. این جنبه تنها مربوط به ظاهر میوه نمی گردد بلکه امکان آلودگی باکتریایی و قارچی محصول را بالا برده و منجر به کاهش عمر قفسه ای می گردد. حساسیت به صدمه، به فاصله سقوط میوه ها، انرژی ضربه، تعداد ضربه ها، نوع سطح ضربه و اندازه رسیدگی میوه ها وابسته است. در طول زمان برداشت، حمل و نقل، جابجایی و فرآوری، میوه با اجسام ثابت و متحرک برخورد کرده و با توجه به سطح خارجی محدبی که دارند، تنش های برخورد بوجود آمده به آنها آسیب می رساند. مواد کشاورزی و غذایی وقتی تحت تنش و کرنش قرار می گیرند، رفتارشان به سمت مواد ویسکوالاستیک میل می کند. دینامیک برخورد بین دو ذره و به تبع آن محاسبه نیروهای برخورد با استفاده از مدل های نیروی برخورد توصیف می شوند. در سال های اخیر به علت پیشرفت کامپیوتر-ها، مدل سازی های متفاوتی در زمینه تجزیه و تحلیل های پس از برداشت و به صورت بخش مجزا صورت گرفته است. یک دیدگاه امید بخش برای مدل سازی سیستم های ذره ای استفاده از روش المان گسسته است. در توصیف یک برخورد داشتن مدل نیروی برخورد بین ذرات ضروری است. مدل های نیروی برخورد کلید اصلی شبیه سازی به روش المان گسسته است. استفاده از مدل های عددی در مطالعه رفتار مواد (میوه ها) بر اساس دو اصل متفاوت، پایه-گذاری، برنامه سازی و تدوین می شوند: - مدل هایی مبتنی بر مکانیک محیط پیوسته. - مدل هایی مبتنی بر مکانیک محیط گسسته. روش المان محدود (fem) و روش های مرزی (bem) دو روش معمول و شناخته شده در مکانیک محیط های پیوسته است. این روش ها برای مطالعه مواد دانه ای (محیط گسسته) نیز بکار می روند ولی فقط موقعی می توانند برای این محیط ها مفید باشند که اندازه اجزای تشکیل دهنده سیستم از ابعاد کلی سیستم به مراتب کوچک تر باشد (مثل دانه های گندم در سیلو یا ذرات خاک در نمونه خاک). چنانچه این ویژگی در سیستم شبیه سازی شده وجود نداشته باشد، یعنی اندازه اجزای تشکیل دهنده سیستم از ابعاد کلی سیستم به مراتب بزرگ تر باشد (مثلاً شبیه سازی جعبه با تعداد محدود میوه) فرض پیوستگی محیط در سیستم دور از واقعیت است و نتایج به دست آمده از مدل شبیه سازی شده خطای زیادی دارد و قابل تعمیم به مدل فیزیکی مشابه نخواهد بود. در مدل های مبتنی به محیط های گسسته رفتار کلی هر سیستم با شبیه سازی رفتار تک تک اجزای تشکیل دهنده آن شبیه سازی می شود. با افزایش روز افزون سرعت کامپیوترها این امکان فراهم شده است تا محاسبه موقعیت، شتاب و سرعت تک تک اجزای سیستم منفصل که متشکل از تعداد نسبتاً زیادی المان است، امکان پذیر باشد. لذا این مدل ها که طبیعت گسسته سیستم های حاوی اجزای منفصل را مد نظر قرار می دهند و رفتار سیستم را از روی تک تک اجزای آن شبیه سازی می کنند، تحت عنوان مدل های با المان های مجزا (dem) شناخته می شوند . روش المان گسسته یکی از روش عددی است که توانایی مطالعه رفتار مواد دانه ای یا مواد گسسته را دارد. در ابتدا این روش برای تحلیل مجموعه ای از ذرات گرانولی (دانه ای) معرفی شد. در این روش مواد به صورت مجموعه ای از المان های گسسته در نظر گرفته می شوند و روابط مکانیکی بین المان ها با ثابت های سفتی، میرایی و اصطکاک تعیین می شوند. این روش بر اساس قوانین فیزیک پایه گذاری شده است. جابجایی ذرات با معادلات حرکت کنترل می شود و هر المان، نیروهای تماسی (نرمال و مماسی) را از المان های دیگر دریافت می کند. مقدار نیروی تماسی با جابجایی نسبی و سرعت نسبی هر المان مشخص می گردد. هم چنین فرض می شود که بین ذرات هم پوشانی رخ می دهد و نیروهای برخورد (تماسی) در زمان هم پوشانی محاسبه می گردند. در این روش نیروهای عمل کننده هر المان بر روی المان های دیگر در اثر برخورد، توسط یک سیستم ارتعاشی مدل-سازی می شوند. یک فنر با ثابت k و یک میراکننده با ضریب ویسکوزیته c و یک لغزنده با ضریب اصطکاکµ بین المان ها قرار داده می شود. می توان از این مدل ها برای بیان نیروی برخورد بین میوه ها در حین برخورد استفاده نمود. مدل های نیروی برخورد به طور اساسی در دو گروه، نیروهای نرمال و نیرو های مماسی دسته بندی می شوند. در این پژوهش، پارامتر های مدل های نیروی برخورد نرمال (سفتی و سفتی) بر پایه مدل-های برخورد برای مواد ویسکوالاستیک محاسبه و اعتبار سنجی خواهد شد. اهداف این تحقیق را می توان به صورت زیر دسته بندی نمود: 1- مقایسه مدل های نیروی برخورد نرمال. 2- تعیین بهترین مدل نیروی برخورد نرمال برای سیب گلدن دلیشز و رد دلیشز . 3- تخمین پارامتر های مدل نیروی برخورد نرمال سیب گلدن دلیشز و رد دلیشز. 4- تعیین مدل های آماری خصوصیات دینامیکی سیب گلدن دلیشز و رد دلیشز با در نظر گرفتن خصوصیات فیزیکی و مکانیکی میوه.