固體農(nóng)業(yè)物料的流變性質(zhì)及其測定

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1、第四節(jié)固體農(nóng)業(yè)物料流變性質(zhì)的測定主要內(nèi)容一、力和變形的關(guān)系二、彈性參數(shù)及其測定三、粘彈性參數(shù)及其測定四、模擬試驗(yàn)（了解）基本試驗(yàn)所測定的性質(zhì)為物料本身所固有的，與樣品的幾何形狀、載荷狀況或使用的儀器無關(guān)，例如彈性模量、泊松比、松弛時(shí)間等。模擬試驗(yàn)通常用來測定如穿透力、擠壓能、結(jié)實(shí)度等參數(shù)，樣品質(zhì)量、幾何形狀、試驗(yàn)速度等對所測定的參數(shù)有直接關(guān)系?；驹囼?yàn)的分類靜態(tài)試驗(yàn)、動(dòng)態(tài)試驗(yàn)。根據(jù)加載速率來區(qū)分是準(zhǔn)靜態(tài)試驗(yàn)還是動(dòng)態(tài)試驗(yàn)。固體農(nóng)業(yè)物料流變性質(zhì)的測定方法:(1)基本試驗(yàn)(2)模擬試驗(yàn)用于拉伸、剪切、壓縮、彎曲等試驗(yàn)一

2、、力和變形關(guān)系二、彈性參數(shù)及其測定彈性試驗(yàn)的基本概念:是把農(nóng)業(yè)物料近似地看作虎克體（施加的力或變形應(yīng)盡可能的?。?，應(yīng)用工程力學(xué)的試驗(yàn)方法測定有明確意義的力學(xué)參數(shù)，如彈性模量、剪切模量、體積模量、泊松比等。二、彈性參數(shù)及測定原理(一)軸向壓縮和拉伸試驗(yàn)式中:F:施加的外力A:試件初始橫截面積:在外力作用下的變形:試件的初始長度壓縮試驗(yàn)為主生物物料進(jìn)行軸向壓縮試驗(yàn)的基本要求彈性模量求法:試件的制作方法二、彈性參數(shù)及測定原理表觀彈性模量:生物物料即使在非常小的應(yīng)變情況下總是有部分變形是不可恢復(fù)的，所以應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系曲

3、線是非線性的。在曲線的不同位置可得出不同的彈性模量值。二、彈性參數(shù)及測定原理生物物料在拉伸試驗(yàn)中遇到的最困難的問題是選擇一種夾緊裝置。二、彈性參數(shù)及測定原理(二)剪切試驗(yàn)應(yīng)力F：剪切力；d：實(shí)心圓柱體沖模直徑；t：果肉厚度；S：剪切強(qiáng)度二、彈性參數(shù)及測定原理為測定水果表皮抗剪切或沖剪能力，利用圖示的裝置測定了蘋果表皮的剪切強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果表明，蘋果表皮抗剪切強(qiáng)度比抗壓強(qiáng)度約低42％左右。二、彈性參數(shù)及測定原理(三)彎曲試驗(yàn)式中：F：梁中部的集中載荷L：梁的有效長度I：慣性矩D：梁中部的撓度一些農(nóng)業(yè)物料也可將其作為簡

4、支梁或懸臂梁作試驗(yàn)。飼料莖稈或蔬菜莖稈在自然狀態(tài)下可作為梁做試驗(yàn)，比較勻質(zhì)的物料，如干酪和奶油等也可將其做成矩形桿作為梁做試驗(yàn)。由于物料的自重或在梁上附加一個(gè)小的集中載荷而使梁產(chǎn)生彎曲下垂。如果一個(gè)簡支梁，已知載荷和撓度，則可用下式計(jì)算出彈性模量E。二、彈性參數(shù)及測定原理利用水或其它液體施加靜液壓力，用以測定農(nóng)產(chǎn)品體積壓縮特性。當(dāng)物體受到各向相等的壓縮應(yīng)力P時(shí)，將產(chǎn)生體積變化△V，但其形狀沒有發(fā)生改變。體積壓縮試驗(yàn)可以得到體積應(yīng)力和體積應(yīng)變關(guān)系曲線，該曲線的斜率即為體積模量K。體積模量K用于度量物料的不可壓縮性。

5、(四)體積壓縮試驗(yàn)（體積柔量或可壓縮性）二、彈性參數(shù)及測定原理用來測定馬鈴薯、蘋果等農(nóng)產(chǎn)品的體積模量或體積蠕變等粘彈性參數(shù)。二、彈性參數(shù)及測定原理（五）接觸應(yīng)力試驗(yàn)固體生物物料的各種力學(xué)試驗(yàn)中，最簡單和最普通的方法是壓縮試驗(yàn)。采用剛性平板、鋼球或剛性圓柱模作為加載裝置，對形狀完整的物體或預(yù)先制作的標(biāo)準(zhǔn)試件，進(jìn)行簡單的軸向壓縮是一種常用的力學(xué)試驗(yàn)方法。二、彈性參數(shù)及測定原理赫芝在1896年提出了各向同性的兩個(gè)彈性體彼此接觸時(shí)接觸應(yīng)力的求法。根據(jù)赫芝接觸應(yīng)力理論，用鋼板對凸?fàn)钷r(nóng)產(chǎn)品加載時(shí)(見圖b)，其試驗(yàn)物料的彈性模

6、量可用下式計(jì)算：用直徑為d的剛球?qū)ν範(fàn)钷r(nóng)業(yè)物料加載（圖b）時(shí)，可用下式求出物料的彈性模量：二、彈性參數(shù)及測定原理E：試驗(yàn)物料的彈性模量D：在接觸點(diǎn)試件的變形μ：試件的泊松比R：試件在接觸點(diǎn)的最小曲率半徑：試件在接觸點(diǎn)的最大曲率半徑d：球形壓頭的直徑F：施加的外載荷K：系數(shù)，它的數(shù)值取決于物料在接觸點(diǎn)的主曲率半徑以及主曲率的法向平面之間的夾角。（詳細(xì)請參閱《農(nóng)業(yè)物料學(xué)》（周祖鍔）P46）二、彈性參數(shù)及測定原理當(dāng)物體為球形時(shí)（圖a），，鋼板對球形物料加載時(shí)可用下式求出彈性模量：用鋼球?qū)η蛐挝锪霞虞d時(shí)（圖a），可用下式

7、求出彈性模量：式中R：物料半徑r：球形壓頭半徑二、彈性參數(shù)及測定原理用剛性模作為加載裝置(圖示)研究物料力和變形關(guān)系時(shí)可用布森聶理論確定物料的彈性模量。在壓模作用下，物料變形D和力F之間關(guān)系可用下式表示μ：物料的泊松比r：壓模半徑E：物料彈性模量所以：該式給出了由力和變形關(guān)系曲線的斜率、泊松比和壓模半徑計(jì)算物料彈性模量的方法。由于泊松比變化范圍為0到0.5，所以彈性模量E的變化范圍將是到。二、彈性參數(shù)及測定原理利用平行平板、光滑球頭和圓柱形壓模對整麥粒加載，然后用赫芝和布森聶方法分別計(jì)算其彈性模量，得出麥粒的彈性

8、模量如下表所示。由表可知，壓模加載法求得彈性模量值最低，球形壓頭加載法所得彈性模量值最高。由于農(nóng)業(yè)物料的力和變形關(guān)系曲線一般為S形的，鋼模加載其單位面積壓力較低。在曲線的初始區(qū)段求值，得出彈性模量值較低。用球形壓頭加載時(shí)，單位面積壓力較高，在曲線的較陡部分求值，得出彈性模量值較高。三、粘彈性參數(shù)及測定研究農(nóng)業(yè)物料粘彈性和確定它們在己知變形和已知載荷作用下的應(yīng)力、應(yīng)變和時(shí)間