شبیه‌سازی فرکانس‌های طبیعی میوه پرتقال با استفاده از روش اجزای محدود

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

وحید کهریزی ¹

ابراهیم احمدی ¹

علیرضا شوشتری ²

¹ گروه مهندسی بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران

² گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران

https://doi.org/10.22067/jam.2023.80039.1137

چکیده

سالانه مقادیر زیادی از محصولات کشاورزی در اثر بارهای دینامیکی و سایر آسیب‌های مکانیکی که از طرف اجزای متحرک ماشین‌ها هنگام برداشت، حمل و نقل، انبار کردن و بسته‌بندی به آن‌ها وارد می‌شود از بین می‌روند یا دچار افت کیفیت می‌شوند. این در حالی است که تاکنون بیشتر تحقیق‌های انجام‌شده برای تجزیه و تحلیل عملیات‌های مذکور با آزمون‌های عملی همراه بوده است و نتایج آن فقط در شرایط خاص می‌تواند مورداستفاده قرار گیرد. هدف از این مطالعه شناسایی فرکانس‌های طبیعی و مودهای ارتعاشی در میوه پرتقال رقم تامسون با استفاده از روش آنالیز مودال اجزای محدود می‌باشد. به‌منظور شبیه‌سازی رفتار دینامیکی میوه پرتقال از آزمون پاندول به‌وسیله حسگرهای نیروسنج و شتاب‌سنج سه‌محوره در دو راستای قطبی و استوایی به میوه پرتقال ضربه وارد شد. مدل هندسی سه‌بعدی میوه پرتقال در نرم‌افزار انسیس ترسیم شد و با استفاده از روش‌های آزمایشگاهی مشخص، خواص فیزیکی و مکانیکی پوست و گوشت میوه پرتقال تعیین گردید. پس از مرحله شبکه‌بندی و اعمال شرایط مرزی، 20 مود اول و فرکانس‌های طبیعی متناظر با آن به‌دست‌آمد. نتایج حاصل از این تحقیق نشان داد که فرکانس‌های طبیعی میوه پرتقال در محدوده 0 تا 248.41 هرتز می‌باشد. از نتایج این تحقیق می‌توان در طراحی ماشین‌های برداشت و بهینه‌سازی مکانیزم‌های پس از برداشت و حمل و نقل به‌منظور کاهش ضایعات استفاده نمود.

کلیدواژه‌ها

آنالیز مودال

مدل‌سازی رفتار دینامیکی

مودهای ارتعاشی

موضوعات

• مهندسی پس‌ از برداشت، و فرآوری محصولات کشاورزی

---

©2023 The author(s). This is an open access article distributed under Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0).

مراجع

1. Abbaszadeh, R., Rajabipour, A., Sadrnia, H., Mahjoob, M. J., Delshad, M., & Ahmadi, H. )2014(. Application of modal analysis to the watermelon through finite element modeling for use in ripeness assessment. Journal of Food Engineering, 127, 80- https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2013.11.020
2. Ahmadi, E., & Barikloo, H. )2016a .(Viscoelastic finite element analysis of the dynamic behavior of apple under impact loading with regard to its different layers. Computers and Electronics in Agriculture, 121, 1-11. https://doi.org/1016/j.compag.2015.11.017
3. Ahmadi, E., & Barikloo, H. )2016b(. Mechanical property evaluation of apricot fruits under quasi-static and dynamic loading. Journal of Agricultural Machinery, 6(1), 139-152. (in Persian with English abstract). https://doi.org/10.22067/jam.v6i1.29489
4. Celik, H. K. )2017(. Determination of bruise susceptibility of pears (Ankara variety) to impact load by means of FEM-based explicit dynamics simulation. Postharvest Biology and Technology, 128, 83- https://doi.org/10.1016/j.postharvbio.2017.01.015
5. Celik, H. K., Rennie, A. E. W., & Akinci, I. )2011(. Deformation behaviour simulation of an apple under drop case by finite element method. Journal of Food Engineering, 104, 293- https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2010.12.020
6. Chen, L., &Opara, U. L. )2013(. Texture measurement approaches in fresh and processed foods - A review. Food Research International, 51, 823-835. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2013.01.046
7. Coelho, A. L. F., Santos, F. L., Queiroz, D. M., & Pinto, F. A. C. )2016(. Dynamic behavior of the fruit-stem-branch system using stochastic finite element method. Coffee Science, 11(1), 1-10. http://www.sbicafe.ufv.br:80/handle/123456789/8167
8. Couck, , Ketelaere, B. De., & Baerdemaeker, J. De. )2003(. Experimental analysis of the dynamic, mechanical behavior of a chicken egg. Journal of Sound and Vibration, 266, 711-721. https://doi.org/10.1016/S0022-460X(03)00596-0
9. Entwistle, K. )2001(. Basic Principles of the Finite Element Method. IOM Communications.
10. Fadiji, T., Coetzee, C. J., Berry, T. M., & Opara, U. L. )2019(. Investigating the role of geometrical configurations of ventilated fresh produce packaging to improve the mechanical strength– experimental and numerical approaches. Food Packaging and Shelf, 20, 100312. https://doi.org/10.1016/j.fpsl.2019.100312
11. Gao, Y., Song, C., & Rao, X. (2018). Image processing-aided fea for monitoring dynamic response of potato tubers to impact loading. Computers and Electronics in Agriculture, 151, 21- https://doi.org/10.1016/j.compag.2018.05.027
12. Gyasi, S., Fridley, R. B., & Chen, P. (1981). Elastic and viscoelastic Poisson's ratio determination for selected citrus fruits. Transactions of the ASAE, 24(3), 747-0750. https://doi.org/10.13031/2013.34332
13. Gyeong-Won, K., Gab-Soo, Y., & Yasuyuki, S. )2008(. Analysis of Mechanical Properties of Whole Apple Using Finite Element Method Based on Three-Dimensional Real Geometry. Food Science and Technology Research, 14(4), 329-336. https://doi.org/10.3136/fstr.14.329
14. He, J., & Fu, Z. F. (2001). Modal Analysis: Butterworth-Heinemann. Hoffman, J. D., & Frankel, S. (2001). Numerical methods for engineers and scientists: CRC press.
15. Kabas, O., Celik, H. K., Ozmerzi, A., & Akinci, İ. (2008). Drop test simulation of a sample tomato with finite element method. Journal of the Science of Food and Agriculture, 88, 1537-1541. https://doi.org/10.1002/jsfa.3246
16. Láng, Z. (2006). Dynamic modelling structure of a fruit tree for inertial shaker system design. Biosystems Engineering, 93(1), 35-44. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2005.09.003
17. Lu, R., Srivastava, A. K., & Ababneh, H. A. A. )2006(. Finite element analysis and experimental evaluation of bio yield probes for measuring apple fruit firmness. Transactions of the ASAE, 49, 123-131. https://doi.org/10.13031/2013.20220
18. Mirzaei, R., Minaei, S., Khoshtaghaza, M., & Borghei, M. )2013(. Evaluation of natural frequencies apple using finite element modal analysis. Journal of Agricultural Machinery, 3, 48-57. (in Persian).
19. Mizrach, A. )2007(. Nondestructive ultrasonic monitoring of tomato quality during shelf-life storage. Postharvest Biology and Technology, 46, 271-274. https://doi.org/10.1016/j.postharvbio.2007.05.012
20. Mohsenin, N. )1986(. Physical properties of Plant and Animal Materials. Gordon and Breach Sci.publ, New York, 1986. https://doi.org/10.1002/food.19870310724
21. Namdari Gharaghani, B., Maghsoudi, H., & Mohammadi, M. (2020). Ripeness detection of orange fruit using experimental and finite element modal analysis. Scientia Horticulturae, 261, 1-8. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2019.108958
22. Salarikia, A., Miraei Ashtiani, S. H., Golzarian, M. R., & Mohammadinezhad, H. )2017(. Finite element analysis of the dynamic behavior of pear under impact loading. Information Processing in Agriculture, 4, 64-77. https://doi.org/10.1016/j.inpa.2016.12.003
23. Santos, F. L., Queiroz, D. M., Valente, D. S. M., & Coelho, A. L. F. )2015(. Simulation of the dynamic behavior of the coffee fruit-stem system using finite element method. Acta Scientiarum Technol, 37, 11-17. https://doi.org/10.4025/actascitechnol.v37i1.19814
24. Seyedabadi, E., Khojastehpour, M., & Sadrnia, H. )2015(. Predicting Cantaloupe Bruising Using Non-Linear Finite Element Method. International Journal of Food Properties, 18(9), 1-28. https://doi.org/10.1080/10942912.2014.951892
25. Song, H. Z., Wang, J., & Li, Y. H. )2006(. Studies on vibration characteristics of a pear using finite element method. Journal of Zhejiang University Science, 7, 491-496. https://doi.org/10.1631/jzus.2006.b0491
26. Tinoco, H. A., Ocampo, D. A., Pena, F. M., & Sanz-Uribe, J. R. )2014(. Finite element modal analysis of the fruit-peduncle of Coffee arabica L. var. Colombia estimating its geometrical and mechanical properties. Computers and Electronics in Agriculture, 108, 17-27. https://doi.org/10.1016/j.compag.2014.06.011
27. Tinoco, H. A., & Peña, F. M. (2018). Harmonic stress analysis on Coffeaar´abica Var. Colombia fruits in order to simulate the selective detachment. A Finite Element Analysis, 94(2), 163-174. https://doi.org/10.1177/0037549717738068
28. Villibor, G. P., Santos, F. L., Queiroz, D. M., Khoury Junior, J. K., & Pinto, F. A. C. )2019(. Dynamic behavior of coffee fruit-stem system using modelling of flexible bodies. Computers and Electronics in Agriculture, 166, 1-8. https://doi.org/10.1016/j.compag.2019.105009
29. Wang, F., Ma, S., Wei, W., Zhang, Y., & Z. )2017(. Frequency sweep test and modal analysis of watermelon during transportation. International Journal of Food Engineering, 13(5). https://doi.org/10.1515/ijfe-2016-0362
30. Yousefi, S., Farsi, H., & Kheiralipour, K. )2016(. Drop test of pear fruit: Experimental measurement and finite element modelling. Biosystems Engineering, 147, 17- https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2016.03.004
31. Zhang, H., Wu, J., Zhao, Z., & Wang, Z. )2018(. Nondestructive firmness measurement of differently shaped pears with a dual-frequency index based on acoustic vibration. Postharvest Biology and Technology, 138, 11-18. https://doi.org/10.1016/j.postharvbio.2017.12.002