食品咀嚼过程二维离散元分析软件设计与试验
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目前对食品咀嚼过程的研究多是基于肌电扫描术、荧光照相术、高速摄影、荧光摄像技术、超声扫描图像术、核磁共振图像技术、数字化建模法和有限元法等,这些技术方法只能记录食品咀嚼过程中咀嚼器官的运动信息及口腔咀嚼功能的实现过程,而无法研究咀嚼过程中食品颗粒的变化状态。为进一步研究食品在咀嚼过程中的变化状态,减少食品开发前期的试验周期,本文研究分析固体食品咀嚼过程的二维离散元边界建模和离散元仿真分析方法,并对咀嚼过程进行初步的仿真分析和验证。与有限元法工程分析类似,在采用离散元法研究工程问题时,除了要建立机械边界模型和离散元法的仿真分析软件外,还需要颗粒力学模型。本文主要工作如下:1.以食品咀嚼过程中咀嚼器官运动特性为基础,对咀嚼系统器官结构、功能与运动规律进行分析,并将食品咀嚼过程中下颚运动简化成单自由度的往复摆动模型;对年龄在20-25岁之间的4位男子和2位女子的头部下颚宽度、咀嚼开口幅值、前额至后枕骨尺寸及下巴至头部尺寸进行统计分析,以统计平均尺寸值作为绘制咀嚼系统二维平面CAD模型的尺寸依据,实现对咀嚼系统二维平面CAD模型简化建模;2.以二维平面咀嚼简化模型特征参数为参照,以Visual C++6.0为开发平台,采用AutoCAD二次开发技术、Access数据库管理技术、开放式数据源通信技术,设计咀嚼系统二维离散元边界图元数据提取模块,实现咀嚼模型的边界特征图元材料属性和摆动属性的选择、设置、提取、外部链接与保存功能。设计了下颚运动参数设置工具菜单和按钮控件,以对摆动中心坐标值、摆动角速度、下颚张口与闭口临界点坐标值特征参数的获取,完成食品咀嚼系统边界简化模型的二维离散元法建模;3.针对咀嚼系统边界图元的数据结构和运动特性,依据简化模型运动特性和平面坐标变换公式,推演咀嚼边界运动模型运动控制算法的逻辑结构。采用MFC和ODBC工具,设计咀嚼系统边界图元数据的读写子模块和边界图元控制模块,完成食品咀嚼系统二维离散元法仿真分析模块;4.利用咀嚼系统离散元建模模块与食品咀嚼系统离散元仿真分析模块,在选择线性粘弹性颗粒连接力学模型为食品颗粒连接模型的条件下,完成食品咀嚼过程离散元仿真分析;采用运动捕捉系统红外线影像记录器捕捉下颚标记点在咀嚼过程中的运动轨迹,将捕捉的运动轨迹与下颚标记点的计算机仿真运动轨迹进行对比,证明了咀嚼系统简化边界模型的合理性。
摘要 | 第4-6页 |
Abstract | 第6-7页 |
第1章 绪论 | 第10-14页 |
1.1 课题背影及意义 | 第10-11页 |
1.2 国内外研究现状 | 第11-12页 |
1.3 离散元方法 | 第12-13页 |
1.4 本文主要研究内容 | 第13-14页 |
第2章 咀嚼系统边界模型简化 | 第14-22页 |
2.1 引言 | 第14-15页 |
2.2 咀嚼系统物理模型 | 第15-16页 |
2.3 咀嚼器官的简化 | 第16-18页 |
2.4 建立咀嚼结构二维 CAD 模型 | 第18-21页 |
2.5 本章小结 | 第21-22页 |
第3章 咀嚼系统离散元分析边界建模方法 | 第22-42页 |
3.1 咀嚼系统边界建模开发环境 | 第22-23页 |
3.2 咀嚼边界摆动特性的数据库存储结构设计 | 第23-25页 |
3.2.1 表头设计与数据类型 | 第23-24页 |
3.2.2 边界模型数据传递机制 | 第24-25页 |
3.3 咀嚼边界模型提取模块的二次开发 | 第25-32页 |
3.3.1 咀嚼边界属性在 MFC 中的定义 | 第26-29页 |
3.3.2 咀嚼边界模块设计 | 第29-32页 |
3.4 咀嚼边界数据信息传递机制 | 第32-38页 |
3.4.1 咀嚼边界模型的 ObjectARX 派生类与资源对话框 | 第32-35页 |
3.4.2 边界数据消息与命令的响应函数 | 第35-36页 |
3.4.3 咀嚼运动控制函数与控件 ID 关联 | 第36-37页 |
3.4.4 咀嚼边界实体数据变量与控件 ID 关联 | 第37-38页 |
3.5 咀嚼边界提取命令注册与 AutoCAD 菜单挂接 | 第38-41页 |
3.5.1 咀嚼边界提取命令函数注册 | 第38-39页 |
3.5.2 咀嚼边界提取命令的 CAD 菜单栏项加载 | 第39-41页 |
3.6 本章小结 | 第41-42页 |
第4章 咀嚼系统离散元仿真模块设计 | 第42-52页 |
4.1 咀嚼边界数据表的导入及数据匹配 | 第43-45页 |
4.1.1 导入咀嚼边界数据表的准备 | 第43-44页 |
4.1.2 边界控制函数与 Access 数据库文件关联 | 第44-45页 |
4.2 咀嚼边界模型数据信息的识别 | 第45-47页 |
4.3 咀嚼边界的摆动类及摆动函数 | 第47-51页 |
4.3.1 创建摆动类及其构造函数 | 第47-48页 |
4.3.2 摆动类型的定义与函数关联 | 第48-49页 |
4.3.3 摆动运动的相关声明 | 第49-50页 |
4.3.4 摆动边界图元的约束控制 | 第50-51页 |
4.4 本章小结 | 第51-52页 |
第5章 咀嚼系统仿真分析与对比试验 | 第52-67页 |
5.1 咀嚼边界模型提取程序加载 | 第52-55页 |
5.1.1 咀嚼边界模型应用程序加载方法 | 第52-53页 |
5.1.2 边界建模界面及菜单 | 第53页 |
5.1.3 数据库与加载程序的关系 | 第53-55页 |
5.2 咀嚼机构二维边界建模与离散元仿真分析 | 第55-61页 |
5.2.1 建立咀嚼运动离散元分析模型 | 第55-56页 |
5.2.2 咀嚼系统仿真运动分析 | 第56-61页 |
5.3 咀嚼运动标记点轨迹捕捉 | 第61-66页 |
5.3.1 捕捉系统空间坐标系标定 | 第61页 |
5.3.2 咀嚼标定轨迹点及其运动轨迹 | 第61-66页 |
5.4 本章小结 | 第66-67页 |
第6章 结论与展望 | 第67-69页 |
6.1 主要工作总结 | 第67-68页 |
6.2 下步工作建议 | 第68-69页 |
参考文献 | 第69-73页 |
导师及作者简介 | 第73-74页 |
致谢 | 第74页 |
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