بررسی رفتار مکانیکی میوه آلوچه و ارائه مدل برای خواص فیزیکی آن با استفاده از روش‌های هوشمند و رگرسیونی

نویسندگان
1 دانش آموخته، گروه مهندسی بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران.
2 دانشجوی دکتری، گروه مکانیک بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران.
3 عضو هیئت علمی مکانیک بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران.
چکیده
تعیین و شناخت خواص فیزیکی و مکانیکی محصولات کشاورزی و باغی یکی از پارامترهای مهم در طراحی و ساخت ماشین­های کاری در این زمینه و تشخیص تأثیر نیروهای استاتیکی و دینامیکی بر میوه آلوچه در طول انبارداری و حمل و نقل می­باشد. در این نوشته، خواص فیزیکی آلوچه­ها شامل: پارامترهای ابعادی و وزن و خواص مکانیکی آنها شامل: آزمون فشاری، آزمون پانچ، و آزمون سیکلیک، در دو سطح اندازه­ای درشت و کوچک اندازه­گیری گردید. در نهایت با استفاده از داده­های خواص فیزیکی مدل­های برآورد­کننده­ای چون مدل­های رگرسیونی و شبکه­های عصبی مصنوعی برای تخمین وزن و حجم میوه­ها ارایه گردید. مدل شبکه عصبی در تخمین حجم میوه ها با R2 96/0 بهترین مدل را برای تخمین حجم میوه ها ارائه داد. هر چند که این مدل برای تخمین وزن میوه­ها نسبت به مدل­های رگرسیونی عملکرد مناسبی را نداشت. از نتایج خواص مکانیکی پارامترهای نیرو و جابه­جایی و تنش بیشینه در نقطه شکست، مدول الاستیسته از روش های هرتز و تئوری بوزینسکیو، نیروی پانچ پوسته و گوشته، تنش کمینه از تئوری بوزینسکیو، توزیع تنش عمودی، افقی و برشی در عمق و سطح در لحظه ی شکست و ... محاسبه گردید. نتایج نشان داد بدلیل تفاوت ضخامت گوشته میزان تحمل بار وارده در آلوچه های بزرگ بیشتر از آلوچه های کوچک است. از مقایسات فک محدب و فک تخت در آزمون فشاری می­توان پی­برد در انبارمانی و حمل و نقل، میوه­هایی که در کف قرار می­گیرند نسبت به میوه­هایی که در تماس عمودی با میوه­های دیگر هستند بیشتر در معرض آسیب و صدمات مکانیکی قرار می گیرند. در نهایت با مشاهده رفتار توزیع تنش­ها در لحظه­ی شکست به نظر می­رسد که تنش افقی گسیختگی را در میوه­ها دیکته می­کند.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Investigation on physical and mechanical behavior of Cherry Plum fruit and analysis of its physical properties using ANN and regression models

نویسندگان English

Amar Salehi 1
Pedram Ghiasi 2
Alireza Torabi Mazrae Maleki 1
Abbas Hemmat 3
1 Former M.S. Student, Department of Biosystem Engineering, College of Agriculture, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran.
2 PhD student. Department of Biosystems Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
3 Faculty Member, Department of Biosystem Engineering, College of Agriculture, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran.
چکیده English

Determination of physical and mechanical properties of agricultural and horticultural crops is one of the most important parameters in design and manufacture of the operation machines. Determination of the effect of static and dynamic forces on Cherry Plum fruit during storage and transportation processes is very necessary for engineering. In this study, the physical properties of the Cherry Plum (including dimensional parameters and weight) and mechanical properties (including pressure test, punch test, and cyclic test) were measured at two levels of big and small sizes. The regression and ANN models based on physical properties data were defined and used to estimate the weight and volume of the fruits. The ANN model was the best model for estimating the fruit volume with 0.96 regression coefficient but it didn’t have a acceptable performance in estimating the fruits’ weight. The parameters of force and displacement, maximum stress at the breaking point, the elastic modulus in Hertz methods and Bosensky theory, the crust and mantle punch forces, the minimum stress based on Bosinskio theory, the distribution of vertical, horizontal and shear stresses in depth and surface in the failure point and etc were calculated based on the data of the mechanical properties. The results showed that due to the differences in the thickness of the mantle, the force absorption capacity in the big fruits was larger than the small ones. The results of comparison between the convex jaw and flat jaw in the compression tests showed that the fruits placed on the floor were more exposed to damage. The behavior of the stress distribution at the failure point showed that the horizontal stress would dictate the rupture in the fruits.

کلیدواژه‌ها English

ANN
stress distribution
Modulus of elasticity
failure force
[1] Fao 2016. www.Faosat.com
[2] Sitkei G. 1986. Mechanics of Agricultural Materials. Elsevier, Amsterdam.
[3] Gyasi, S. R., Friedly, B., & Chen, P. 1981. Elastic and viscoelastic Poisson_s ratio determination for selected citrus fruits. Transactions of the ASAE, 24(3), 747–750.
[4] Siahmansor, Y., Kazaei, J., Hassanbaygi, R. and Mohtasabi, S. 2011. study of mechanical properties of pomegranate texture for food industry processing. The first conference of optimization. Production, distribution and consumption in the food industry. Gorgan. Iran.
[5] Calisir, S., And Haciseferogullari, H., And Ozcan, M., And Arslan, D. 2005. Some nutritional and technological properties of wild plum (Prunus spp.) fruits in Turkey. Journal of Agricultural Engineering Research. 66: 233-237.
[6] Ertekin, C., And Gozlekci, S., And Kabas, O., And Sonmez, S., And Akinci, I. 2006. Some physical, pomological and nutritional properties of two plum (Prunus domestica L.) cultivars. Journal of Agricultural Engineering Research. 75: 508-514.
[7] Tabatabaeefar, A., Vefagh-Nematolahee, A., Rajabipour, A., 2000. Modeling of orange mass based on dimensions. Agric. Sci. Tech. 2, 299–305.
[8] Khoshnam, F., Tabatabaeefar, A., Ghasemi Varnamkhasti, M., Borghei, A. 2007. Mass modeling of pomegranate (Punica granatum L.) fruit with some physical characteristics. Sci Hortic. 114, 21–26
[9] Agyare, W.A., Park, S.J. 2007. Artificial neural network estimation of saturated hydraulic conductivity. Vadose Zone J. 6: 423–431.
[10] Goyal, R.K., And Kingsly, A.R.P., And Kumar, P., And Walia, H. 2007. Physical and mechanical properties of aonla fruits. Journal of Food Engineering. 82 (4): 595–599.
[11] Omobuwajo, O. T., And Akande, A. E., And Sanni, A. L. 1999. Selected physical, mechanical and aerodynamic properties African Breadfruit (Treculia africana) seeds. Journal of Food Engineering. 40: 241–244.
[12] Gopta, R.K., And Das. S. 1996. Physical properties of sunflower seeds. Journal of Agricultral Engineers. S 352.2.
[13] ASAE Standard .1998. Compression Tests of Food Materials of Convex Shape. ASAE S368.3 MAR95.
[14] Mohsenin, N. N. 1978. Physical properties of plant and animal materials. Gordon and Breach Science Publishers. New York.
[15] Aydın, C. 2003. Physical properties of almond nut and kernel. Journal of Food Engineering. 60: 315–320.
[16] Lorestani, A.N., And Ghari, M. 2012. Mass modeling of Fava bean (vicia faba L.) with some physical characteristics. Scientia Horticulturae. 133: 6–9.
[17] Kosma, A., H. Cunningham, Tables for calculating the compressive surface stresses and deflections in the contact of two solid elastic bodies whose principle planes of curvature do not coinside, Int. J. Ind. Math. 12 (1962) 31–40.
[18] Sirisomboon, P., Tanaka, M., Kojima T. 2012. Evaluation of tomato textural mechanical properties, J. Food Eng. 111: 618–624.
[19] ASABE standard, Compression Test of Food Materials of Convex Shape, ASAE S368.4 DEC2000, 2008.
[20] Dadvar,A A., Khojastehpoor, M. and Sadrnia, H. 2014. Some mechanical properties of Orange fruit in semi static load. 7th Student Conference on Mechanical Engineering. Tehran.
[21] Mirzaeimoghaddam, H., Tavakolihashjin, T., Minaei, S. and Faghihnasiri, M. 2008. Evaluation of Effects of Size, Variety and Storage Time on Qualitative Properties of Kiwi Fruit. IJFST. 4(4).19-25.
[22] Shirvani, M., Ghanbarian, D., Ghasemi-Varnamkhasti, D. 2014. Measurement and evaluation of the apparent modulus of elasticity of apple based on Hooke’s, Hertz’s and Boussinesq’s theories, J. measurement. 54: 133-139.