Науково-технічний бюлетень Інституту олійних культур НААН

Науково-технічний бюлетень Інституту олійних культур НААН (ISSN: 2078-7316) / 2026 / 40 / C. 145-158
DOI: https://doi.org/10.36710/IOC-2026-40-12
Верифікація реологічної моделі руйнування плодів і насіння рицини на основі експериментальних даних
Алієв Е. Б., Алієва О. Ю., Головченко В. В.
У роботі представлено комплексне дослідження механічної поведінки плодів і насіння рицини при статичному стисканні з поєднанням лабораторних випробувань та чисельного аналізу в середовищі дискретних елементів. Метою було встановлення відповідності розрахункових результатів експериментальним показникам і оцінювання точності відтворення процесу тріщиноутворення та руйнування біологічного матеріалу. У ході експериментів визначено граничні сили та абсолютні деформації, що відповідають початку розтріскування й повному руйнуванню зразків. Для плодів максимальна сила становила 172,96 ± 9,55 Н при деформації 7,19 ± 0,79 мм, для насіння — 48,91 ± 8,34 Н при деформації 2,4 ± 0,62 мм. Отримані варіаційні ряди характеризуються відповідністю нормальному закону розподілу (χ² = 7,6–14,5 < 16,9 при p = 0,05) та високими коефіцієнтами кореляції між силою і деформацією (R = 0,787–0,929), що свідчить про статистичну надійність результатів. Чисельна модель враховувала фізико-механічні параметри матеріалу, зокрема модуль пружності, коефіцієнт Пуассона, граничні напруження та когезійну енергію. Моделювання відтворило три стадії навантаження: пружну деформацію, локальне пошкодження оболонки та остаточне руйнування з ущільненням уламків. Розбіжність між розрахунковими і експериментальними піковими значеннями сили не перевищувала 5–10%, що підтверджує адекватність прийнятих параметрів і коректність моделювання контактних взаємодій. Встановлено, що насіння характеризується меншою міцністю та меншою здатністю до пластичної деформації порівняно з плодами, що обумовлено особливостями їхньої внутрішньої структури. Отримані результати можуть бути використані для прогнозування поведінки матеріалу в технологічних процесах очищення, транспортування та переробки, а також для оптимізації конструктивних і режимних параметрів обладнання з урахуванням енергоефективності та зниження пошкоджуваності сировини.
Ключові слова: стиск, міцність, гранична сила, деформація, метод дискретних елементів, контактна взаємодія
Цитування: Алієв, Е. Б., Алієва, О. Ю., & Головченко, В. В. (2026). Верифікація реологічної моделі руйнування плодів і насіння рицини на основі експериментальних даних. Науково-технічний бюлетень Інституту олійних культур НААН, 40, 145-158. https://doi.org/10.36710/IOC-2026-40-12
Література
*Aliiev, E. B., Mykolenko, S. Yu., Dudin, V. Yu., & Aliieva, O. Yu.* (2022). Method for automatic determination of structural and mechanical properties of food masses and device for its implementation (Patent No. 130136; IPC G01N33/02, G01N3/02, G01N3/44). Dnipro State Agrarian and Economic University. https://sis.nipo.gov.ua/uk/search/detail/1887279/ [In Ukrainian] *Bilous, I., Jasinskas, A., Dudin, V., Kukharets, S., Aliiev, E., Domeika, R., Paulikienė, S., & Ūksas, T.* (2025). Justification of the design and operating parameters of the improved disc grain crusher. Agriculture, 15(22), 2344. https://doi.org/10.3390/agriculture15222344 *Cárdenas Pérez, S., Perea-Flores, M. J., Chanona-Pérez, J., Calderón-Domínguez, G., Garibay-Febles, V., Mendoza Pérez, J. A., & Hernández, H. M.* (2014). Chemical and physical properties, structure, biological activity, uses and applications of castor seed (Ricinus communis L.). In R. Mora-Escobedo, J. De J. Berrios, & G. F. Gutierrez-Lopez (Eds.), Seeds as functional foods and nutraceuticals: New frontiers in food science (pp. 247–262). Food Science and Technology. https://www.researchgate.net/publication/261876929_Chemical_and_physical_properties_structure_biological_activity_uses_and_applications_of_Castor_seed_Ricinus_communis_L *Chakrabarty, S., Islam, A. K. M. A., Yaakob, Z., & Islam, A. K. M. M.* (2021). Castor (Ricinus communis): An underutilized oil crop in Southeast Asia. In Agroecosystems – Very complex environmental systems. IntechOpen. https://doi.org/10.5772/intechopen.92746 *Chen, Z., Wassgren, C., & Ambrose, R. P. K.* (2023). Development and validation of a DEM model for predicting compression damage of maize kernels. Biosystems Engineering, 230, 480–496. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2023.05.004 *Dudin, V., & Bilous, I.* (2024). Investigation of the corn kernel destruction process using digital models. Central Ukrainian Scientific Bulletin. Technical Sciences, 10(41), 123–130. https://doi.org/10.32515/2664-262X.2024.10(41).2.123-130 [In Ukrainian] *Fan, J., Zhang, L., Sun, K., Qian, X., Wang, L., & Yu, J.* (2025). A general discrete element modelling method and harvest process for wheat plants. Biosystems Engineering, 259, 104284. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2025.104284 *Gu, M., Shen, H., Luo, W., Ling, J., Wang, B., Gu, F., Song, S., Pan, L., & Hu, Z.* (2025). Calibration of parameters for leaf-stem-cutting model of tuber mustard (Brassica juncea L.) based on discrete element method. Agriculture, 15(7), 773. https://doi.org/10.3390/agriculture15070773 *Hou, J., Jin, J., & Chang, K.* (2019). Design and analysis of castor material cleaner machine. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 677(5), 052008. https://doi.org/10.1088/1757-899X/677/5/052008 *Kharchenko, S., Samborski, S., Al Afif, R., Kharchenko, F., Kłonica, M., & Piven, M.* (2025). Development of a methodology for assessing mechanical damage in biological objects: Impact parameters and micro-damage analysis. Materials, 18(9), 2075. https://doi.org/10.3390/ma18092075 *Liu, W., Su, Q., Fang, M., Zhang, J., Zhang, W., & Yu, Z.* (2023). Parameters calibration of discrete element model for corn straw cutting based on Hertz–Mindlin with bonding. Applied Sciences, 13(2), 1156. https://doi.org/10.3390/app13021156 *Looh, G. A., Xie, F., Wang, X., Looh, A. N., & Hind, H.* (2025). Grain kernel damage during threshing: A comprehensive review of theories and models. Journal of Agricultural Engineering, 56(1). https://doi.org/10.4081/jae.2025.1674 *Maraveas, C., Tsigkas, N., & Bartzanas, T.* (2025). Agricultural processes simulation using discrete element method: A review. Computers and Electronics in Agriculture, 237, 110733. https://doi.org/10.1016/j.compag.2025.110733 *Qingqiu, C., Shengwei, Z., Tao, L., Gaixia, Z., & Hongfang, Y.* (2024). Discrete element modelling and mechanical properties and cutting experiments of Caragana korshinskii Kom. stems. Frontiers in Plant Science, 15, 1457243. https://doi.org/10.3389/fpls.2024.1457243 *Ramaj, I., Romuli, S., Schock, S., & Müller, J.* (2024). Discrete element modelling of bulk behaviour of wheat (Triticum aestivum L.) cv. “Pionier” during compressive loading. Biosystems Engineering, 242, 123–139. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2024.04.005 *Vedmedeva, K. V., Kavyazina, M. Y., & Makhova, T. V.* (2018). Evaluation of castor bean samples by economically valuable traits. Scientific and Technical Bulletin of the Institute of Oilseed Crops NAAS, 26, 39–48. https://doi.org/10.36710/ioc-2018-26-05 [In Ukrainian] *Wiącek, J., Molenda, M., Ooi, J. Y., & Favier, J.* (2012). Experimental and numerical determination of representative elementary volume for granular plant materials. Granular Matter, 14(4), 449–456. https://doi.org/10.1007/s10035-012-0351-2 *Wu, T., Kong, F., Zhang, B., Xie, Q., Sun, Y., & Zhao, H.* (2025). Research progress on castor harvesting technology and equipment. Sustainability, 17(13), 5703. https://doi.org/10.3390/su17135703 *Yang, J., Lei, J., Qin, X., Wang, Z., Zhang, J., & Lu, L.* (2025). Calibration and establishment of discrete element simulation parameters of pepper stem during harvest period. Scientific Reports, 15, 21143. https://doi.org/10.1038/s41598-025-07931-5 *Yang, L., Chen, H., Xiao, J., Fan, Y., Song, S., Zhang, Y., & Liu, X.* (2021). Research on structural–mechanical properties during the castor episperm breaking process. Processes, 9, 1777. https://doi.org/10.3390/pr9101777
Отримано: 18.02.2026 Прорецензовано: 17.03.2023 Опубліковано: 01.05.2026
Алієв Ельчин Бахтияр огли – автор для листування, доктор технічних наук, старший науковий співробітник, професор кафедри інженерії технічних систем, Дніпровський державний аграрно-економічний університет (вул. Сергія Єфремова, 25, м. Дніпро, 49000, Україна), aliev@meta.ua, https://orcid.org/0000-0003-4006-8803 Алієва Ольга Юріївна – доктор філософії (PhD), науковий співробітник відділу технічного та технологічного забезпечення насінництва, Інститут олійних культур Національної академії аграрних наук України (вул. Інститутська, 1, смт Сонячне, Запорізький район, Запорізька область, 69055, Україна), olya_alieva@meta.ua, https://orcid.org/0000-0002-2766-7548 Головченко Валентин Володимирович – аспірант освітньо-наукової програми «Промислове машинобудування», Дніпровський державний аграрно-економічний університет (вул. Сергія Єфремова, 25, м. Дніпро, 49000, Україна), golovchenkov@i.ua , https://orcid.org/0009-0007-9719-126X