Investigación experimental y de simulación numérica sobre las características de daño y los comportamientos de rotura...

Área de la Ciencia:

• Ingeniería Agrícola
• Ciencia de los Materiales
• Biomecánica

Sus antecedentes:

• Comprender las propiedades mecánicas del grano de maíz es crucial para optimizar el manejo, el almacenamiento y el procesamiento.
• Las variaciones en el contenido de humedad y la morfología del grano influyen significativamente en el comportamiento físico del maíz.

Objetivo del estudio:

• Investigar las propiedades mecánicas y el comportamiento de rotura de los granos de maíz semi-dent y flint.
• Analizar los efectos del contenido de humedad y la morfología del grano en los modos de fractura y la absorción de energía del grano de maíz.
• Desarrollar y validar un método de simulación numérica para predecir el daño del grano de maíz.

Principales métodos:

• Se realizaron pruebas de compresión uniaxial, impacto de peso caído de un solo grano e impacto rotatorio de múltiples granos.
• Se examinaron las propiedades mecánicas en diversas morfologías de grano y contenidos de humedad.
• Se desarrollaron y validaron modelos de elementos finitos (FEM) y se propuso un método de elementos finitos extendido (XFEM) para la simulación de roturas.

Principales resultados:

• El contenido de humedad y la morfología del grano impactan significativamente el daño y la rotura.
• El bajo contenido de humedad conduce a un comportamiento frágil; el aumento de la humedad ablanda los granos, reduciendo la resistencia y la rigidez.
• Los granos flint exhiben un rendimiento compresivo superior, mayores energías críticas de fractura/rotura y menores ratios de rotura en comparación con los granos semi-dent.
• La carga de impacto cambia el modo de fractura de frágil a plástico con el aumento del contenido de humedad.

Conclusiones:

• El contenido de humedad y la morfología del grano son determinantes clave de la respuesta mecánica y la falla del grano de maíz.
• El maíz flint demuestra una resiliencia mecánica superior sobre el maíz semi-dent.
• El método de simulación basado en XFEM captura con precisión el daño y el comportamiento de rotura del grano de maíz, ofreciendo una herramienta valiosa para la investigación y aplicación futuras.