稻谷是中国最重要的粮口作物之一,其产量的增减关系到国家粮食安全,然而稻谷绝大部分损失都是源于后续处理加工环节,特别是碾米加工环节造成的碎米问题,不但影响大米加工品质,也造成了粮食的损失浪费,严重制约着我国大米的生产和未来发展,因此解决米粒在碾白阶段的破碎问题变得尤为重要,对提高我国粮食安全保障能力具有重要意义。解决碾米机内碎米问题的关键在于糙米破碎特性的揭示,对糙米力学特性与裂纹扩展规律的研究则是了解糙米破碎特性的关键。然而目前针对米粒破碎特性的研究大多是建立在Hertz接触理论基础上,从能量守恒角度对米粒损伤破碎进行研究,并未系统性的考虑米粒在碾白室内运动与受力方式的多样性,以及米粒自身力学特性对米粒碾白破碎的影响。本文针对碾米机内米粒损伤破碎问题,首先基于材料力学相关理论建立了糙米力学特性试验平台,并对糙米进行了力学特性测试与裂纹扩展观察,其次运用内聚力损伤模型与有限元技术相结合的方法对糙米损伤失效过程进行了数值模拟仿真,最后将仿真结果与力学特性试验结果进行了对比验证。本课题研究工作不仅能为碾米机降碎的结构优化提供指导,而且还能为类似生物材料的力学特性分析提供参考。为此,论文从以下三个方面展开研究,具体研究结论如下:（1）糙米正面受力时的破碎特性与裂纹扩展研究。碾米机擦离碾白时,糙米随带有凸筋的碾米辊转动,其间会受到挤压、弯曲、剪切等载荷作用造成碎米,因此对糙米正面部位进行了挤压、剪切以及三点弯曲三种力学试验,并对糙米受载后内部裂纹扩展情况进行了观察,结合计算出的糙米破碎特性指标,对比分析了糙米在不同受力下的力学性能。结果表明糙米抗挤压变形能力最大、抗三点弯曲变形能力次之、抗剪切变形能力最小;与挤压载荷相比,糙米在三点弯曲和剪切载荷下的破碎强度和破碎能较小,能较好地反映出糙米在碾米机内的破碎特性;在挤压载荷作用下,糙米在短轴方向上主要产生两条呈一定角度且近似对称分布的裂纹,在长半轴方向上主要产生一条横向裂纹,而在弯曲和剪切载荷作用下,糙米主要沿短轴方向产生纵向裂纹,且裂纹从支承端向受力端扩展。（2）糙米腹部、背部受力时的破碎特性与裂纹扩展研究。在糙米正面力学特性测试基础上,对糙米腹部、背部进行三点弯曲和剪切力学特性试验,并观察探究了糙米腹部和背部受载后内部裂纹的扩展情况,其次对糙米破碎特性指标进行了计算,最后结合糙米在弯、剪载荷下破碎力分布,对比分析了糙米正面、腹部及背部的破碎特性差异。结果表明,糙米腹部、背部三点弯曲破碎力分布不同,但剪切破碎力分布则无较大差别;糙米腹部、背部在三点弯曲、剪切作用力下的裂纹总是从支承端开始扩展;糙米腹部受力时破碎力、破碎强度、弹性模量等破碎特性指标均大于背部受力时的情况,而腹部受力时的破碎变形和破碎能则小于背部受力时的情况,符合糙米腹部组织强度小于背部的论断;无论是在弯曲载荷还是剪切载荷作用下,糙米正面抗破碎能力均强于腹部和背部,而腹部的抗弯曲及剪切破碎能力则比背部强。（3）糙米碾白破碎特性与裂纹扩展数值分析。基于Cohesive损伤力学模型,运用有限元方法对糙米籽粒模型在挤压、三点弯曲、剪切载荷作用下的破碎裂纹扩展进行了数值模拟仿真,以获得糙米籽粒模型在各种载荷作用下的应力与应变变化关系和裂纹扩展情况。结果表明,糙米在挤压载荷作用下的破碎应力最大、三点弯曲载荷下的破碎应力次之、剪切载荷下破碎应力最小;糙米裂纹在挤压载荷作用下由中心向外扩展,而在三点弯曲和剪切载荷作用下,糙米裂纹主要是发生在支承端附近,裂纹的快速扩展造成了籽粒断裂,籽粒模型力和位移的总体变化趋势及裂纹扩展的变化规律与试验结果基本一致,验证了力学性能试验方法的可行性和结果的准确性。