考虑裂纹分形特性的空心壳颗粒冲击破碎行为研究及其在坚果加工中的应用

本文创新性地将分形理论引入薄壳坚果(以核桃为例)的冲击破碎研究，通过图像处理技术量化裂纹分支系数(CBC)，结合蒙特卡洛算法分析碎片尺寸分布(FSD)，发现15.72%含水率(MC)是破碎机制转变阈值。研究揭示了MC通过调控CBC主导FSD演变的规律，为坚果加工设备设计提供了理论依据。

　　

Highlight

本研究首次系统揭示了薄壳核桃在动态冲击载荷下的破碎机制：含水率(MC)通过调控裂纹分支分形特征(CBC)，显著影响碎片尺寸分布(FSD)的演变规律。

Results and discussion

实验发现：

1. 裂纹分支系数(CBC)和对数正态分布函数可分别量化裂纹不规则性和FSD特征

2. 存在关键MC阈值15.72%：

   • 当MC<15.72%时，CBC从1.17增至1.83

   • 当MC>15.72%时，CBC达1.86

3. CBC与FSD特征参数存在线性关系，证实MC通过调节CBC主导破碎过程

Conclusion

研究建立了CBC-FSD数学模型，为理解空心壳颗粒破碎机制提供了新视角，对优化坚果加工工艺具有重要指导意义。