1. 研究目的与意义
大豆为一年生草本植物，起源于中国，至今已有5000年的种植历史，是中国的重要的粮食作物之一，同时也是世界上最重要的豆类作物。世界上最大的大豆生产国是美国，其次是巴西、阿根廷和中国。在国际谷物理事会（IGC）最新发布的报告中显示，2016年至2017年全球大豆产量预计将达到创纪录的3.36亿吨。
大豆作为人类和动物营养的主要食品来源，在食品工业中主要用于制造脂肪产品和大豆蛋白产品，因此为满足世界人口对于高蛋白食物日益增长的需求，保持大豆的最佳品质无疑是非常重要的。在大豆达到生理成熟时，其品质自然是最高的，然而大豆在收获、储藏以及运输的过程当中，容易在受到挤压和碰撞后发生变形甚至发生破裂，从而严重影响大豆的品质以及其储藏安全性，严重降低了其加工产品的质量。因此，对大豆进行物理方面的实验，了解大豆的物理特性，探讨其物理特性与其主要品质特性的关系，对大豆籽粒的收获、处理、输送、清洁、运输、包装、储藏、加工以及干燥通风系统的设计都有着至关重要的作用。
2. 研究内容和预期目标
以黄豆为研究对象，在经过试样预处理后，测定黄豆籽粒的长、短轴大小，将所得数据作为其最基本的力学数据并进行相关计算，并测定在一定条件下的弹性模量，从而研究黄豆颗粒的物理特性，并分析影响因素，为大豆加工技术效率的提高提供理论依据。
本课题的关键问题在于把控好实验结果的精准性，对于误差的分析至关重要。
3. 国内外研究现状
| 谷物籽粒物理力学性质国内外研究较多，相关测试方法和文献也较多。其中谷物含水率常用的培养方法有密封袋法、饱和盐溶液法、恒温恒湿箱法和自然风干法。其中，当需要得到比收割时更低的含水率时，自然风干法最为简便快捷，仅需将谷物放在自然环境中风干，直到达到需要的含水率。不过此方法需要时常检测，且谷物失水速度不易控制。当需要提高谷物的含水率时，常使用密封袋法、饱和盐溶液法和恒温恒湿箱法。饱和盐溶液法是指用不同的盐类饱和溶液作为湿度调节液，并将其放到恒温箱中，营造一个温度和相对湿度恒定的环境，将谷物样本放入其中一段时间，以此来提高谷物的含水率；密封袋法是通过将谷物样本和水放入密封袋中密封，使谷物吸水的方法来得到所需的含水率；恒温恒湿箱法是通过将谷物放置在一个可以调节并保持稳定的温度和湿度的气候箱中对含水率进行培养的方法。 测量谷物含水率的方法大体分为两种方法：直接法和间接法。其中，直接法是通过干燥或者化学反应后直接测出谷物的含水率；间接法是通过测量与水分相关的物理量来测量谷物的含水率。直接法包括干燥法（电烘箱法、快速失重法、减压法和红外线加热干燥法）、化学法（蒸馏法和卡尔费休法）；间接法包括电测法（电阻式和电容式）、射线法（红外线法和微波法）以及中子法。 以上的多数方法均需要对应专用的水分测量仪器来进行测量，在实验室中的应用不够普遍，现在实验室中大多用电烘箱法，通过对谷物进行烘干进而测量谷物的含水率，测量温度和时间随所测量的谷物的不同而有所不同。其中应该注意的是，在测不同谷物的含水率时，为使测量结果更加精确，在烘箱中取出之后，需要在干燥器内冷却后再做最后的称量。 对于颗粒密度的测量，实验室中常用的方法有气体置换法和液体置换法。气体置换法是用气体比重计通过测量排气量测出已知重量样本的体积，进而求得密度。液体置换法又分为排水法和比重瓶法。排水法是通过测得样本排出水的体积，得到样本自身的体积，应用密度公式求出密度。Mohsenin 提出的比重瓶法是通过其中已知密度的液体与所替换的谷物的质量差，求得谷物的体积，再用密度公式求得密度。其中，当待测的谷物样本表面不易吸水，且试验时间较短时，可选用水作为进行置换的液体；当待测的谷物样本表面容易吸水，则用不易吸水，且表面张力较小的甲苯进行替代，可减小由于样本吸水带来的试验误差，或在样本表面包裹一层环氧树脂薄膜，用于隔离水和样本，防止样本吸水，由于涂层很薄，重量增加不足样本的 2%，故可忽略其带来的误差。 在测谷物与不同材料间的静摩擦系数时，常用的方法有斜面法和剪切盒法。其中，斜面法是通过测量谷物颗粒在斜面上开始下滑的倾角来测得静摩擦系数的方法。剪切盒法是将谷物颗粒装满剪切盒，把试验板放在谷物颗粒中间，以一定速度拉动试验板，在这个过程中就会产生谷物颗粒和试验板间的摩擦，通过计算机软件可测得静摩擦系数。此外还有一些其他方法，如将环形摩擦片平放在物料上，且上面加有载荷，用上端的扭动扳手以一定速度让其转动，通过实验仪器检测平面与谷物间的静摩擦系数。 滚动摩擦是一个比较复杂的过程，对于滚动摩擦系数的测量现有以下几种方法：可通过测物料颗粒自由下落高度与其在粘性材料上碰撞得到的形变量的关系曲线，进而测得滚动摩擦系数；用现代摩擦理论来分析滚动摩擦；基于能量守恒原理，借助高速摄像技术测量了颗粒与平板以及颗粒之间的滚动摩擦系数；此外还有运用中心动力和周动力计算滚动摩擦系数的方法。 弹性模量，又称杨氏模量，它反映了材料的硬度。国内外对于谷物颗粒弹性模量的测量，多采用挤压试验来进行。对于大豆而言，由于其形状近似椭球形，在 ASAE S368 4 DEC2000（R2006）标准中常选定 2A 压缩工具进行加载（上下均为平板）。通过两块平板对大豆进行挤压，可以得到力-位移曲线，代入弹性模量计算公式中，即可求得谷物颗粒的弹性模量。此外还有通过测量大豆的有效面积和加载载荷计算弹性模量的方法。 测量堆积角的方法主要有漏斗法和排出法。其中漏斗法是指，通过在平面上，将一个装满大豆的圆筒缓缓上提直到圆筒与大豆完全脱离，可在平面上形成一个圆锥体，测量锥面与水平面的夹角即为堆积角。排出法是指，通过抽出装置前面的插板，使上面样本箱中的物料由排料口排出，排出的物料倾斜面与水平面的夹角即为堆积角。 碰撞恢复系数反映了颗粒（颗粒-颗粒、颗粒-平面）碰撞后动能守恒的程度，其值为碰撞后速度与碰撞前速度的比值。 对于颗粒与平面间的碰撞恢复系数，分为法向和切向两种。当颗粒与水平的试验表面发生碰撞时，因为下落和回弹的速度都是法向的，所以此时仅存在法向的碰撞恢复系数，此时可采用跌落试验测量颗粒与试验表面间的法向碰撞恢复系数。当颗粒与倾斜表面发生碰撞时，下落和回弹的速度相对于倾斜表面会分成法向和切向的速度，此时也就产生了切向的碰撞恢复系数。Yang在其文章中介绍了对切向碰撞恢复系数的测量方法。对于颗粒与颗粒之间的碰撞恢复系数，如玉米等，也可以用上述跌落试验测定。但对大豆这样球形率比较高的谷物颗粒，继续用跌落试验测定碰撞恢复系数的可行性较低。Wong 和 Montellano通过将大豆悬吊起来进行碰撞的方法测定大豆籽粒之间的碰撞恢复系数。 |
4. 计划与进度安排
根据本论文的特点，我计划：
1.搜集与课题相关的国内外文献资料，认真学习理解。
2.有了一定的基础后与老师进行沟通，了解课题的研究方向、目的，学习研究方法，并确定试验步骤。
5. 参考文献
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