Cercetari Privind Modelarea Si Simularea Raspunsului la Cocnire a Fructelor Si Aplicatii

CUPRINS

Introducere

Partea a I-a

Capitolul 1. Importanța temei și obiectivele tezei

1.1 Importanța temei

1.2 Obiectivele tezei

Capitolul 2. Sursele de vătămare mecanică a fructelor în fluxul tehnologic al instalațiilor de sortare și ambalare

2.1 Fluxul tehnologic de procesare și manipulare a merelor

2.2 Sistemele tehnologice corespunzătoare operațiilor de sortare-ambalare- depozitare

2.3 Definirea și clasificarea vătămărilor mecanice

2.4 Identificarea și evaluarea vătămărilor mecanice

2.5 Concluzii

Capitolul 3. Structura anatomică a corpului fructelor

3.1 Generalități

3.2 Principalele componente anatomo-structurale ale fructelor

Componentele microscopice ale celulei vegetale

Componentele histologice ale fructelor

3.3 Alte caracteristici fizice și geometrice ale țesuturilor pulpei merelor

3.4 Dimensiunile și forma geometrică a merelor

3.5 Caracterul neomogen și anizotrop al corpului fructelor

3.6 Concluzii

Capitolul 4. Cercetări teoretice și experimentale efectuate pe plan mondial privind comportarea la solicitări mecanice a fructelor

4.1 Aspecte teoretice

4.2 Modelul elastic

Modelul contactului elastic Hertz

Modele matematice privind descrierea fenomenului ciocnirii

Tratarea energetică a modelului elastic

Tratarea cu ajutorul modelelor mecanice echivalente

4.3 Modelul vâscoelastic

Ciocnirea unui corp vâscoelastic cu o suprafață plană rigidă, fixă

Modele matematice pentru descrierea curbei forță – timp pe durata ciocniri

4.4 Un nou concept referitor la tratarea problemei vătămărilor mecanice produse de solicitarea la impact a fructelor

4.5 Aspecte experimentale

Necesitatea efectuării experimentărilor

Metode de experimentare la ciocnire

Aparate pe principiul pendulului

Aparate pe principiul căderii libere

4.6 Concluzii

Partea a II-a

Capitolul 5. Aspecte teoretice privind ciocnirea fructelor pe suprafețe plane rigide

5.1 Considerații generale privind impactul “fruct – suprafață rigidă”

5.2 Ciocnirea corpurilor vâscoelastice cu comportare Kelvin

Modelul Hunt – Crossley

Simularea ciocnirii merelor prin modelul Hunt – Crossley pentru alte cazuri numerice

Un nou model fizic al ciocnirii

Modelul H. Chen

5.3 Concluzii

Capitolul 6. Cercetări experimentale

6.1 Obiectivele cercetării experimentale

6.2 Identificarea soiurilor de mere care vor fi supuse experimentării

6.3 Aparatul pentru efectuarea experimentărilor

6.3.1 Descrierea aparatului

6.3.2 Echiparea aparatului cu senzori și asistarea de calculator a măsurătorilor

Accelerometrul și condiționerul de semnal

Placa de achiziție

Schema configurației de montaj a aparatului în vederea efectuării experimentelor

6.3.3 Elemente de etalonare a aparatului și calcul a parametrilor ciocnirii

6.4 Metodologia de experimentare

Determinarea modulului de elasticitate (modulul lui Young) –E și a fermității texturii merelor

Utilizarea pogramului Labview pentru vizualizarea și interpretarea șocurilor

6.5 Rezultate obținute la experimentări. Interpretare. Discuție

6.5.1 Rezultate obținute la experimentări

Controlul și calibrarea dispozitivului cu pendul utilizat la testări

Determinarea variației accelerației pendulului în momentul ciocnirii

Determinarea variației forței de șoc în procesul de impact

Determinarea modulului de elasticitate Young și a fermității (rezistenței la penetrare) a texturii fructelor

6.5.2 Prelucrarea și interpretarea datelor. Discuție

Testarea modelului Hunt-Crossley pentru simularea ciocnirii

Evaluarea vătămărilor merelor în urma ciocnirii (șocurilor)

Testarea modelelor pentru analiza susceptibilității la ciocnire a fructelor.

Testarea unui model matematic pentru descrierea curbei reală la ciocnirea fruct – suprafață plană rigidă fixă

6.6 Concluzii

Capitolul 7. Concluzii finale

7.1 Concluzii generale

7.2 Concluzii rezultate în urma cercetării experimentale

7.3 Contribuții personale

7.4 Direcții viitoare de cercetare

Bibliografie

ANEXE.

BIBLIOGRAFIE

1. Abbott J.A.– A transient method for determining dynamic viscoelastic properties of solid foods – Transaction of the A.S.A.E., 1996

2. Abbott J.A., Affeldt H.A. Liljedahl L.A. – Firmness measurement of stored

“Delicious apples” by sensory methods, J.Am.Soc.Hort.Sci. 117, pp 590 – 595,

1992

3. Abbott J.A., R. Lu – Anisotropic mechanical proprieties of apples, Transaction of the ASAE, American Society of Agricultural Engineers, 1996

4. Andrei M., A. Sârbu, E. Dobre – Contribuții la cunoașterea structurii fructului de la unele soiuri de mere, Actualitatea Botanică Horticolă București, 1994

5. Baheri M., Baerdemaeker J. – Pendulum impactor – A device for studying the impact behavior of some agricultural materials, AGENG – Conference Madrid,

1996

6. Bollen A.F., Cox N.R., Dela Rue B.T., Pointer D.T. – A descriptor for damage susceptibility of a population of produce, J. agric. Engng. Res., 78(4),2001

7. Bollen A.F.; H. X Nguyen; B.T. Dela Rue – Comparison of methods for estimating the bruise volume of apples, J.agric.Engng Res., nr.74, pp 325-330,

1999

8. Brusewitz G. H., Mccollum T.G., Zhang X. – Impact Bruise Resistance of

Peaches – Transactions of the ASAE, 1991

9. Căsăndroiu T. – Aparat pentru testarea / determinarea rezistenței la șoc a fructelor, Construcția de mașini, nr. 8-9, 1995

10. Căsăndroiu T. – Procese și utilaje pentru sortarea cartofilor, fructelor și legumelor, Editura Paideia, București, 1998

11. Căsăndroiu T.– Aspecte privind utilizarea ciocnirii ca metodă de evaluarea rigidității texturii fructelor 1. Cosiderații teoretice. 2. Aplicație cu date experimentale, Construcția de mașini, 11-12, 2003

12. Căsăndroiu T.– Utilaje pentru prelucrarea primară a produselor agricole, note de curs, UPB, 2004

13. Căsăndroiu T., D. Ivănescu, M. Vintilă – Cercetări experimentale privind omogenitatea fermității texturii pulpei merelor. Utilizarea eficientă în

agricultură și industria alimentară a energiilor de mecanizare – automatizare, Lucrări Stiințifice INMA, București, 2009

14. Căsăndroiu T., M. Vintilă – Evaluarea mărimilor ce caracterizează nivelul șocului suportat de mere, la ciocnirea cu suprafețe plane rigide, fixe, Construcția de mașini, 4, 2003

15. Căsăndroiu T., N Oprița, L. Dumitrescu, M. Vintilă – Cercetării experimentale cu privire la evaluarea rezistenței mecanice la ciocnire a merelor, Științe și tehnologii alimentare, vol. II, nr. 5/1994, Ed. ICA, București

16. Căsăndroiu T., N. Oprița – Cercetări experimentale privind evaluarea comportării la compresiune și la penetrare a unor soiuri de mere, U.P.B., Catedra de Mașini Agricole, 1994

17. Căsăndroiu T., N. Oprița – Cercetări experimentale privind evaluarea la ciocnire a unor soiuri de mere. Raport de cercetare științifică, Catedra de mașini agricole , U.P.B., 1993

17a. Căsăndroiu T., Stan G.C, Moise V. – Aspecte teoretice privind simularea comportării a merelor la ciocnire pe suprafațe plane rigide, Realizări și perspective în valorificarea produselor horticole, Institutul de Cercetare și Dezvoltare pentru Industrializarea și Marketingul Produselor Horticole – HORTING, 2010

17b. Căsăndroiu T., Stan G.C, Moise V. – Theoretical aspects about simulating the

reaction to impact of apples on rigid plane surfaces, The 9th International

Coference OPROTEH 2011, Bacău, 2011

17c. Căsăndroiu T., Stan G.C, Moise V. – Theoretical aspects of model response to impact of apples on a rigid plane surface, Research people and actual tasks on multidisciplinary sciences, Bulgarian National Multidisciplinary Scientific Network of the Professional Society for Research work, Vol 2, Lozenec, Bulgaria, 2011

17d. Căsăndroiu T., Stan G. C, Ipate G. – The prediction of the behavior of impact apples on rigid plane surface and the comparation with experimental data – Actual Tasks on Agricultural Engineering” ,Opatija, Croația, în curs de publicare 2012

18. Căsăndroiu T., Voicu Gh., M. Vintilă – Modelul matematic al curbei forță –

timp pe durata ciocnirii merelor pe suprafețe rigide, Construcția de mașini, 4,

2003

19. Căsăndroiu T., Voicu Gh., M.L. Toma – Aspecte cu privire la fundamentarea teoretică a descrierii probabiliste a susceptibilității de vătămare la ciocnire a

unui lot de fructe (mere), Buletinul Științific U.P.B., Seria D, nr. 1/2006, pg. 13

– 26.

20. Căsăndroiu T., Voicu Gh., M.L. Toma – Un model matematic pentru evaluarea susceptibilității de vătămare la ciocnire a unui lot de mere, Lucrări științifice “Probleme ale agriculturii și industriei alimentare românești în contextul aderării la U.E.”, INMATEH, 2004 (II), București

20a . Căsăndroiu T., M.L. Toma, Voicu Gh – Evaluarea influenței masei și vitezei

asupra nivelului maxim admis al ciocnirii merelor, Lucrări științifice “Probleme ale agriculturii și industriei alimentare românești în contextul aderării la U.E.”, INMATEH, 2004 (III), București

21. Căsăndroiu T.,Voicu Gh., M.L. Toma – Identification of adequate physical characteristic for impact demage susceptibility of an apple population, a VI- a Coferință internațională OPROTEH – 2005, Bacău

22. Chen P, M Ruiz – Altisent, P. Barreiro – Effect of Impactig mas son firmness sensing of fruits, Transaction of the A.S.A.E., 1996

23. Christensen R.M. – Theory of viscoelasticity, Academic Press, New York, 1980

24. Dănilă D.M. – Contribuții privind elaborarea metodologiei și aparaturii pentru studiul comportamentului tuberculilor de cartof la solicitări mecanice de impact, Teză de doctorat, Universitatea Transilvania Brașov, 2008

25. Delwiche M., Y. Sarig – A probe impact sensor for fruit firmness measurement, Transaction of the ASAE, American Society of Agricultural Engineers, 1991

26. Dogaru F. – Rezistența la impact a materialelor compozite, Teză de doctorat, Universitatea Transilvania Brașov, 2005

27. Faik S., Witteman H. – Modeling of Impact Dynamics: A Literature Survey, International ADAMS User Conference, 2000

28. Fainu A.M. – Cercetări privind diversificarea căilor de utilizare a unor soiuri noi de fructe în procesul de valorificare prin industrializare, Teză de doctorat, USAMV, București, 2009

29. Finney E.E., Hall C.W., Mass G.E. – Theory of linear viscoelasticity applied to the potato, Journal of Agricultural Eng. Research, nr.4, pp. 307 – 312, 1964

30. Fleancu M. – Cercetări ecofiziologice la soiuri de măr cultivate în condițiile bazinului pomicol Pitești – Mărăcineni, Teză de doctorat, Universitatea București, 2008

31. Fluck R.C., Ahmed E.M. – Impact testing of fruits and vegetables, Transaction of the ASAE, pp 660-666, 1973

32. Franke J.E., Rohrbach R.P. – A nonlinear impact model for a sphere with a flat plate, Transaction of the ASAE, pp 1683-1686, 1981

33. Fridley R. B, P.A. Adrian – Mechanical properties of peaches, pears, apricots and apples, Trans. of the ASAE, 1966, (9)1, 135 – 138

34. Gan Mor S., Galili N. – Rheological model of fruit collision with an elastic

plate, Journal of agric.Engng Res., nr. 75, pp 139 – 147, 2000

35. Gao Q., R.E. Pitt – Mechanics of parenchyma tissue based on cell orientation and microstructure, Transaction of the ASAE, American Societ y of Agricultural Engineers, 1991

36. Garcia J.L, M. Ruiz – Altisent, P. Barreiro – Factors influencing mechanical proprieties and bruise susceptibility of apples and peers, J. agric. Engng., Res., 1995

37. Haiqing Chen, Josse De Baerdemaeker – Optimization of impact parameters for reliable excitation of apples during firmness monitoring, Departament of Agricultural Engineering, 1995, Belgium

38. Hamann D.D. – Analysis of stress during impact of fruit considered to be viscoelastic, Transactions of the ASAE, 1970

39. Harker F.R., Hallet I.C. – Physiological changes associated with development of meallines of apple fruit during cool storage, HortScience 27: pp. 1291 –

1294, 1992

40. Horsfield B.C., R.B. Fridley, L.L Claypool – Application of theory of elasticity to the design of fruit harvesting and handling equipment for minimum bruising, Transaction of the ASAE, American Society of Agricultural Engineers, 1972

41. Hunter S.C., The Hertz problem for a rigid spherical indenter and a viscoelastic half-space, Journal of mechanics and physics, pp 219 – 234, 1960

42. Laurenti R., Fabbro I.M., Vieira M.P. – Cyclic loading efects on selected mechanical properties of vegetative tissues, International Congress of information in agriculture, Izmir, 2003

43. Lichtensteiger M. J., Holmes R. G, Hamdy M. Y., Blaisdell J. L. – Impact parameters of spherical viscoelastic objects and tomatoes, American Society of Agricultural Engineers, vol 31(2), 1988

44. McGlone V.A., R.B. Jordan, P.N. Schaare – Mass and Drop – Height influence on kiwifruit firmness by impact force, Transaction of the ASAE, American Society of Agricultural Engineers, 1997

45. Mebatsion H.K., P. Verboven, Q.T. Ho, B.E. Verlinden, B.M. Nicolai – Modelling fruit (micro)structures, why and how?, Trends in food science & tehnology, nr. 19, pp. 59-66, 2008

46. Menesatti P. , G. Paglia, S. Solaini, A. Zanella, R. Stainer, C. Costa. M

Cecchetti – Non – linear multiple regression models to estimate the drop damage index of fruit, Biosystems Engineering, nr. 83, pp.319-326, 2002

47. Mohsenin N.N. – Physical proprieties of plant and animal materials. Vol. 1, Gordon and Breach, Science publishers, Inc, N.Y., 1970.

48. Moise V., Maican E., Moise Șt.I. – Metode numerice – Ed. Bren, București,

2003

49. Molema G.J – Mechanical force and subcutaneous tissue discolouration in potato, Teză de doctorat, Universitatea Wageningen , Olanda, 1999

50. Molema G.J., Bouman A., Verwijs B.R., Den Berger J.V., Klooster J.J. –

Subcutaneous tissue discoloration in ware-potatoes, 1999

51. Molema G.J., Verwijs B.R., Den Berger J.V., Breteler H. – Effect of repetitive impacts on subcutaneous tissue discoloration in potato tubers, Netherlands Journal of Agricultural Science, nr 45, pp 185 – 198, 1997

52. Moraru O., Dorobanțu N. – Considerații privind studiul reologic al materialelor biologice – Lucrări științifice IANB, seria A, vol XXII, 1979

53. Nelson C.W., N.N. Moshenin – Maximum allowable static and dynamic loads and effect of temperature for mechanical injury in apples, J.agric.Engng Res, nr. 13, pp.305-317, 1968

54. Pang W., C.J. Studman, G.T. Ward – Bruising damage in apple – to – apple impact, J.agric.Engng Res, nr. 52, pp.229-240, 1992

55. Radu I.F., Pandele Iuliana, Enăchescu Georgeta. – Proprietățile Fizice, Chimice și Tehnologice ale Fructelor Principalelor Specii Pomicole Cultivate în România – Tratate – Monografii, nr. 6 – Ed. Academiei 1957

56. Ragni L.; Berardinelli A. – Mechanical Behaviour of Apples, and Damage during Sorting and Packaging, J.agric.Engng Res., nr.78., pp 273-279, 2001

57. Rider R.C., Fridley R. B., O’Brien M. – Elastic behavior of a pseudo-fruit for determining bruise damage to fruit during mechanized handling, Transaction of the A.S.A.E., 1973

58. Segărceanu M.I., Căsăndroiu T., Oprița N. – Identificarea și evaluarea proprietăților fizico-mecanice ale unor soiuri de mere în interdependența cu parametrii constructivi și funcționali ai utilajelor din fluxul tehnologic de sortare și ambalare a acestora, Raport de cercetare științifică, U.P.B., 1992

59. Shmit E. H., Levin J.H. – Cushionoing materials for harvesting and handling fruits and vegetables – ARS 42-95, 1994

60. Stan Gabriel Cătălin – Aspecte teoretice privind caracterizarea comportării la ciocnire a fructelor, raport științific (I), programul de cercetare științifică în vederea elaborării tezei de doctorat (nepublicat), 2007

61. Stan Gabriel Cătălin – Evaluarea mărimilor ce caracterizează nivelul șocului la ciocnire. Utilizarea ciocnirii ca metodă de evaluare a rigidiții (fermității) texturii fructelor, proiect în cadul studiilor universiatre doctorale (nepublicat),

2006

62. Stan Gabriel Cătălin – Aspecte referitoare la realizarea aparatului pentru experimentări privind ciocnirea fructelor și metodologia de lucru, raport științific (II), programul de cercetare științifică în vederea elaborării tezei de doctorat (nepublicat), 2009

63. Stan Gabriel Cătălin, T. Căsăndroiu – Metodă și aparat pentru cercetarea parametrilor caracteristici ai ciocnirii fructelor cu suprafețe plane rigide, Institutul național de cercetare – dezvoltare pentru mașini și instalații destiante agriculturii și industriei alimentare, București, 2007

64. Vintilă M. – Analiza sistemului dinamic fruct – suprafață de contact în procesul

de lucru a instalațiilor de sortare și ambalare a fructelor, Teză de doctorat, U.P.B., I.S.B., 2002

65. Vintilă M. – Stadiul actual al cercetării privind analiza sistemului dinamic fruct-suprafață de contact și prezentarea principalelor instalații de sortare- ambalare a fructelor, referat doctorat, 1995, UPB, ISB.

66. Voinea R.P., Voiculescu D.P., Simion F.P. – Introducere în mecanica solidului cu aplicații în inginerie, Ed. Academiei, București, 1989

67. Zhang X., Brusewitz G.H. – Impact force model related to peache firmmnes, Transaction of the A.S.A.E., 1991.

68. *** Battery – Powered ICP Sensor signal conditioner, Model 480C02- Instalation and operating manual, PCB Piezotronics, Vibration Division

69. *** http://www.geochembio.com/biology/organisms/apple/

70. *** ICP Accelerometer, Model 353B03 – Instalation and operating manual, PCB Piezotronics, Vibration Division

71. *** User guide SCC-68 – Connector block with 4 SCC signal Conditioning

Slots for DAQ devices