世界上有30%以上的人口以稻谷为主要粮食,我国有60%以上的人口以稻谷为主要粮食,中国是主要的稻谷生产和消费大国。在稻谷收获、储运、加工过程中使用了大量的机械设备导致稻谷出现损伤、破裂和破碎,其中超过70%的破碎大米来自于碾白工序和砻谷脱壳。破碎率高的大米在国际市场中价格偏低,在储运时容易滋生细菌发霉变质,在食用时口感变差。目前对稻谷进行宏观静力学研究较多,而在碾米过程中,主要是糙米受到撞击力的作用产生破碎,糙米的含水率、品种、受到的撞击力是碾米过程中影响糙米破裂的主要因素。因此,本文对糙米的动态力学特性和破碎机理进行了研究,主要的研究内容与结论如下:1.利用自制撞击试验平台研究不同撞击动量下不同品种、不同含水率糙米的撞击力学特性,并对得出的试验数据进行正交分析和回归分析。分析结果表明:糙米受到的撞击动量与撞击力呈正相关,它们的关系可近似为一次函数;糙米含水率与撞击力呈负相关;糙米品种不同,其受到的撞击力也不同。由正交分析得出影响糙米撞击力因子的主次顺序为撞击动量>含水率>品种。不同品种不同含水率的糙米,它们的破裂力存在明显的差异;随着含水率的升高,糙米的破裂力减小。碾米时,碾白辊和糙米的撞击对糙米的破碎起主要作用,碾白辊直径和转速的增大导致糙米撞击力增大,破碎率升高。2.使用ABAQUS对糙米受撞击过程进行有限元仿真,得出仿真撞击力和试验撞击力与时间的图像都为开口向下的二次函数;仿真撞击力和试验撞击力与撞击动量的回归直线极其相似,两条直线的上升趋势相同,两条直线之间存在稳定的误差,而这些误差主要来自于撞击锤和导向套之间的摩擦、糙米几何尺寸测绘误差、糙米样品内部损伤不一致。3.利用扫描电子显微镜对撞击试验后的糙米断裂面进行观察,分析得出糙米在受到撞击力时,会在内部结构最薄弱处产生破坏,因此糙米的结构强度取决于淀粉粒间的结合力。糙米受到撞击力越大,糙米产生裂纹越宽,损伤越严重。含水率升高,糙米内部淀粉粒间结合力下降,细胞间结合力也下降,因此糙米内部结构强度降低,糙米更容易产生裂纹,更容易损伤。不同品种的糙米,内部结构不同,受到外加载荷时损伤程度也不同。4.使用Image J图像处理软件对糙米断面的扫描电镜图片进行二值化处理,然后利用Fraclac插件计算其分形维数,得出糙米断裂面的分形维数是其断裂面粗糙程度的定量描述。糙米受到撞击动量增大,其断裂面分形维数增大,受到撞击力增大,断裂面粗糙,损伤严重。湿润的糙米受到撞击破坏时,断裂面分形维数变小,所需的临界扩展力减小,糙米更容易受到撞击破裂。不同品种糙米的内部结构强度不同,受到撞击破裂时产生断裂面的分形维数不同。上述的研究成果,可以为糙米的运输储藏提供参考依据减少糙米运输储藏时的破碎率;可以为糙米和水稻加工人员提供控制参数来减少糙米加工过程中的破碎率;可以为糙米和水稻加工设备提供设计参数来提高糙米和水稻加工设备的性能进而减少糙米的破碎率。