稻谷是中国三分之二人口的主食,人均年消费稻谷约140公斤,总消费近2亿吨,稻谷产量连年居世界第一。然而由于对稻谷破碎机理缺乏研究,造成加工参数没有理论指导,使我国在稻谷加工过程中造成了较为严重的浪费。稻谷自身存在裂纹是稻谷籽粒破裂的重要原因,研究稻谷裂纹生成与扩展机理对稻谷加工有重要指导意义。本文从糙米的机械力学特性着手,结合扫描电子显微镜对糙米在微观状态下的裂纹生成与扩展进行直接观察分析,并借助分形理论对裂纹的生成与扩展进行动力学研究,最后利用离散元模拟仿真的方式讨论糙米在加工过程中的受力情况。主要研究内容与结论如下:对三个品种糙米进行不同时间的干燥,得到不同含水率的试验样品,利用质构仪对其进行压缩、剪切以及三点弯曲试验。试验结果表明:含水率相同时,糙米籽粒的压缩力大于籽粒剪切力,大于籽粒三点弯曲力;糙米籽粒的压缩力做功大于剪切力做功,大于三点弯曲力做功;糙米籽粒的压缩弹性模量大于剪切力的剪切模量,并且大于三点弯曲力的剪切模量。含水率不同时,同一施力方式下,含水率低的糙米样品的力学特性大于含水率高的糙米籽粒。利用扫描电子显微镜对经过外力作用的糙米进行切片观察,分别对比观察了不同含水率以及不同施力方式下的糙米应力裂纹生成与扩展情况。主要观察分析了糙米在受到外力作用时,糙米内部组织结构的破坏情况,应力裂纹生成与扩展的形式。通过观察分析发现,应力裂纹生成与扩展的形式基本符合脆性材料的裂纹生成与扩展形式,同时在一定程度上符合分形理论的自相似性,为后续的理论分析提供可行性理论依据。在图像分析的基础上,借助分形理论中分形几何学,对应力裂纹的生成与扩展机理进行了静力学与动力学分析。根据观察现象,建立糙米的裂纹扩展模型,包括沿晶断裂模型、穿晶断裂模型、沿晶与穿晶耦合断裂以及分叉模型,计算得到不同分形模型的分形维数以及表面裂纹临界扩展力。对裂纹进行动力学分析发现,应力裂纹在生成与扩展时,裂纹的长度以及裂纹生成的速度和扩展时的弯折角都对裂纹的生成时的强度因子有影响。应用EDEM离散元分析软件对糙米碾白过程进行仿真分析。通过改变设备工作转速以及工作间隙发现,改变设备参数时,糙米颗粒的运动速度有明显变化,而受到的合力却变化较小。另外分析发现,糙米的挤压破碎是碾白破碎的主要原因,通过改变工作参数,可以有效降低糙米受到的挤压力。