Авторы

Математическое моделирование сил полезного сопротивления при резании охлажденных пищевых продуктов

DOI: 10.17586/1606‑4313‑2020‑19‑3-70-82
УДК 621.565:664.95

Математическое моделирование сил полезного сопротивления при резании охлажденных пищевых продуктов

Агеев О.В., Наумов В. А., Фатыхов Ю.А.

Ссылка для цитирования: Агеев О. В., Наумов В. А., Фатыхов Ю. А. Математическое моделирование сил полезного сопротивления при резании охлажденных пищевых продуктов // Вестник Международной академии холода. 2020. № 3. С. 70-82.

Аннотация
Показана актуальность исследования процесса резания охлажденных пищевых продуктов. Мышечная ткань охлажденного сырья описана реологической моделью Максвелла-Томсона. Выполнена постановка и решение задачи математического моделирования сил полезных сопротивлений. Волокна мышечной ткани продукта при резании интерпретированы как вязкоупругие брусы. Рассмотрены деформации изгиба и растяжения волокон при воздействии режущей кромки ножа. Получены выражения для размерной и безразмерной сил полезного сопротивления. Исследованы зависимости указанных сил от остроты режущей кромки, половинного угла заточки ножа, реологических параметров материала, конструктивных параметров режущего органа и режимных характеристик процесса резания. Показано, что характер зависимости сил полезного сопротивления от остроты лезвия определяется реологическим состоянием охлажденного сырья вследствие изменения вида деформации волокон при разрушении. При значениях безразмерной остроты ножа 0,2; безразмерной скорости резания 5; меры эластичности 5; безразмерной глубины погружения лезвия 1; безразмерной половинной ширины деформируемого слоя 0,4; безразмерной толщины слоя 0,01; половинного угла заточки ножа 5º; 25º; 35º; 45º значение безразмерной силы полезного сопротивления составляет 4,91; 4,49; 3,88; 3,07, соответственно. При значениях безразмерной остроты ножа 0,2; половинного угла заточки ножа 20º; безразмерной скорости резания 5; безразмерной глубины погружения лезвия 1; безразмерной половинной ширины деформируемого слоя 0,4; безразмерной толщины слоя 0,01; меры эластичности 3; 5; 8; 12 значение безразмерной силы составляет 3,16; 4,70; 7,91; 10,09, соответственно.

Ключевые слова: полезное сопротивление, резание, сила, острота, нож, грань, реология, вязкоупругость.

Список литературы

1.Witt T, Holländer Y, Tietze S, Majschak J.P. Modelling of Oblique Wire Cutting and Experimental Application on Soft Solid Foods for the Investigation of Friction Behaviour. Journal of Food Quality, 2019, vol. 2019, pp. 1-9.

2. Schuldt S, Schneider Y, Rohm H. High-speed cutting of foods: Cutting behavior and initial cutting forces. Journal of Food Engineering, 2018, no. 230, pp. 55-62.

3. Schuldt S, Arnold G, Kowalewski J, Schneider Y, Rohm H. Analysis of the sharpness of blades for food cutting. Journal of Food Engineering, 2016, no. 188, pp. 13-20.

4. Schuldt S, Witt T, Schmidt C, Schneider Y, Nündel T, Majschak J.P, Rohm H. High-speed cutting of foods: development of a special testing device. Journal of Food Engineering, 2018, no. 216, pp. 36–41.

5. Spagnoli A, Brighenti R, Terzano M, Artoni F. Cutting resistance of soft materials: Effects of blade inclination and friction. Theoretical and Applied Fracture Mechanics, 2019, no. 101, pp. 200-206.

6. Pagani M, Perego U. Explicit dynamics simulation of blade cutting of thin elastoplastic shells using «directional» cohesive elements in solid-shell finite element models. Computer methods in applied Mechanics and Engineering, 2015, no. 285, pp. 515-541.

7. Xiao-Ping Zhou, Liang Fu, Wang Ju, Berto F. An experimental study of the mechanical and fracturing behavior in PMMA specimen containing multiple 3D embedded flaws under uniaxial compression. Theoretical and Applied Fracture Mechanics, 2019, no. 101, pp. 207-216.

8. Belaasilia Y, Braikat B, Jamal M. High order mesh-free method for frictional contact. Engineering Analysis with Boundary Elements, 2017, no. 82, pp. 68-78.

9. Jadav P.U, Amali R, Adetoro O.B. Analytical friction model for sliding bodies with coupled longitudinal and transverse vibration.Tribology International,2018, no. 126, pp. 240-248.

10.Atkins T. Prediction of sticking and sliding lengths on the rake faces of tools using cutting forces. International Journal of Mechanical Sciences,2015, no. 91, pp. 33-45.

11. Atkins T. Optimum blade configurations for the cutting of soft solids.Engineering Fracture Mechanics, 2006, no. 73, pp. 2523-2531.

12.Пеленко В.В. Оптимизация формы режущей кромки лезвия ножа для волчка при измельчении охлажденного или дефростированного мясного сырья/ В.В. Пеленко, В.В. Кузьмин// Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. 2009. № 1. С. 95-96. [

13. Ageev O.V, Naumov V.A, Fatykhov J.A. Mathematical modeling of the resistance force of the profile of a flat-back knife. Journal of Friction and Wear, 2019, vol. 40, no. 6, pp. 580-587.

14. Агеев О.В. Подход к расчету деформационной силы трения при резании охлажденной рыбы/ О.В. Агеев, В.А. Наумов, Ю.А. Фатыхов, Н.В. Самойлова// Вестник Международной академии холода. 2019. № 4. C. 49-56.

15.Агеев О.В. Анали зсоответствия реологических моделей структурно-механическим свойствам продуктов животного происхождения/ О.В. Агеев, В.А. Наумов, Ю.А. Фатыхов, Н.В. Самойлова// Научный журнал НИУ ИТМО. Серия: Процессы и аппараты пищевых производств. 2018. № 2(36). С. 34-43.

Читать статью полностью