综述：水果机械损伤机制探索：全供应链中的数值模拟技术综述

本综述系统探讨水果采后机械损伤的形成机制与生理影响，重点评述有限元法（FEM）、扩展有限元法（XFEM）及离散元法（DEM）在水果供应链各环节的应用进展，为优化采收、包装与运输过程提供数值模拟驱动的科学依据与技术支撑。

　　

水果机械损伤

机械损伤是导致水果采后品质劣变的关键因素，显著影响其贮藏寿命与市场竞争力。这类损伤可发生于采收、包装、加工及运输全过程。压缩、振动与冲击等机械载荷不仅影响水果外观品质，还会破坏内部结构，导致质地绵软化、果肉褐变等问题，最终降低或丧失商品价值与食用品质。深入理解鲜果损伤的影响因素，对制定有效减少采后损失策略至关重要。

数值模拟模式

在水果力学研究中，有限元法（FEM）与离散元法（DEM）是最广泛应用的数值模拟技术。FEM能够精确模拟复杂几何形状与多样物理性质的材料，通过模拟外力作用下的应力分布与变形过程，揭示水果在运输与贮藏中的潜在损伤，协助开发新型采后保护技术与优化包装设计。扩展有限元法（XFEM）通过引入裂纹追踪技术，可有效模拟机械载荷下水果的裂纹扩展行为。离散元法（DEM）则适用于更大尺度上模拟水果群体的碰撞、振动及堆叠相互作用。这些方法为研究人员详细模拟水果应力响应提供了理论工具，有助于减少机械损伤并提升水果商业价值。

水果机械损伤模型构建

水果应力分析涉及系统方程的近似与加载过程中机械响应的模拟。FEM分析主要包括预处理阶段：几何建模、材料属性赋值、网格划分以及施加边界条件与载荷。水果作为典型生物材料，其复杂的内外结构与非线性的力学特性使精确建模成为主要难点。水果种类、成熟度及环境条件等因素显著影响其力学性能，如何将这些因素有效纳入模型仍是未来研究的重要方向。

采收机械设计

机械采收中的损失率是评价水果机械化采收作业损失程度的关键指标。振动采收机是果园中常用的采收设备。FEM可有效模拟树木振动响应，为减少果实损伤、提高采收效率提供重要理论支持。研究指出，10–20 Hz为枣果采收的最佳振动频率范围，有助于降低机械损伤。

结论与展望

水果在采后供应链中极易因擦伤、冲击及振动诱发组织损伤，这类损伤不仅加速品质劣变、缩短货架期，还造成重大经济损失与资源浪费。数值模拟技术（尤其是FEM）为分析不同载荷条件下水果力学响应提供了强大工具。通过应力应变模拟，可优化包装结构、运输方式及采收机制，从而最大限度降低潜在风险。未来，结合水果生理特性与人工智能建模，有望实现采后系统的实时决策与智能调控，推动水果流通向高品质、低损耗与可持续方向发展。集成水果生物力学与数字建模，数值模拟为最小化水果品质与价值损失奠定了坚实理论基础。

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