固体农业物料的流变性质及其测定

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1、第四节固体农业物料流变性质的测定主要内容一、力和变形的关系二、弹性参数及其测定三、粘弹性参数及其测定四、模拟试验（了解）基本试验所测定的性质为物料本身所固有的，与样品的几何形状、载荷状况或使用的仪器无关，例如弹性模量、泊松比、松弛时间等。模拟试验通常用来测定如穿透力、挤压能、结实度等参数，样品质量、几何形状、试验速度等对所测定的参数有直接关系。基本试验的分类静态试验、动态试验。根据加载速率来区分是准静态试验还是动态试验。固体农业物料流变性质的测定方法:(1)基本试验(2)模拟试验用于拉伸、剪切、压缩、弯曲等试验一

2、、力和变形关系二、弹性参数及其测定弹性试验的基本概念:是把农业物料近似地看作虎克体（施加的力或变形应尽可能的小），应用工程力学的试验方法测定有明确意义的力学参数，如弹性模量、剪切模量、体积模量、泊松比等。二、弹性参数及测定原理(一)轴向压缩和拉伸试验式中:F:施加的外力A:试件初始横截面积:在外力作用下的变形:试件的初始长度压缩试验为主生物物料进行轴向压缩试验的基本要求弹性模量求法:试件的制作方法二、弹性参数及测定原理表观弹性模量:生物物料即使在非常小的应变情况下总是有部分变形是不可恢复的，所以应力和应变的关系曲

3、线是非线性的。在曲线的不同位置可得出不同的弹性模量值。二、弹性参数及测定原理生物物料在拉伸试验中遇到的最困难的问题是选择一种夹紧装置。二、弹性参数及测定原理(二)剪切试验应力F：剪切力；d：实心圆柱体冲模直径；t：果肉厚度；S：剪切强度二、弹性参数及测定原理为测定水果表皮抗剪切或冲剪能力，利用图示的装置测定了苹果表皮的剪切强度。试验结果表明，苹果表皮抗剪切强度比抗压强度约低42％左右。二、弹性参数及测定原理(三)弯曲试验式中：F：梁中部的集中载荷L：梁的有效长度I：惯性矩D：梁中部的挠度一些农业物料也可将其作为简

4、支梁或悬臂梁作试验。饲料茎秆或蔬菜茎秆在自然状态下可作为梁做试验，比较匀质的物料，如干酪和奶油等也可将其做成矩形杆作为梁做试验。由于物料的自重或在梁上附加一个小的集中载荷而使梁产生弯曲下垂。如果一个简支梁，已知载荷和挠度，则可用下式计算出弹性模量E。二、弹性参数及测定原理利用水或其它液体施加静液压力，用以测定农产品体积压缩特性。当物体受到各向相等的压缩应力P时，将产生体积变化△V，但其形状没有发生改变。体积压缩试验可以得到体积应力和体积应变关系曲线，该曲线的斜率即为体积模量K。体积模量K用于度量物料的不可压缩性。

5、(四)体积压缩试验（体积柔量或可压缩性）二、弹性参数及测定原理用来测定马铃薯、苹果等农产品的体积模量或体积蠕变等粘弹性参数。二、弹性参数及测定原理（五）接触应力试验固体生物物料的各种力学试验中，最简单和最普通的方法是压缩试验。采用刚性平板、钢球或刚性圆柱模作为加载装置，对形状完整的物体或预先制作的标准试件，进行简单的轴向压缩是一种常用的力学试验方法。二、弹性参数及测定原理赫芝在1896年提出了各向同性的两个弹性体彼此接触时接触应力的求法。根据赫芝接触应力理论，用钢板对凸状农产品加载时(见图b)，其试验物料的弹性模

6、量可用下式计算：用直径为d的刚球对凸状农业物料加载（图b）时，可用下式求出物料的弹性模量：二、弹性参数及测定原理E：试验物料的弹性模量D：在接触点试件的变形μ：试件的泊松比R：试件在接触点的最小曲率半径：试件在接触点的最大曲率半径d：球形压头的直径F：施加的外载荷K：系数，它的数值取决于物料在接触点的主曲率半径以及主曲率的法向平面之间的夹角。（详细请参阅《农业物料学》（周祖锷）P46）二、弹性参数及测定原理当物体为球形时（图a），，钢板对球形物料加载时可用下式求出弹性模量：用钢球对球形物料加载时（图a），可用下式

7、求出弹性模量：式中R：物料半径r：球形压头半径二、弹性参数及测定原理用刚性模作为加载装置(图示)研究物料力和变形关系时可用布森聂理论确定物料的弹性模量。在压模作用下，物料变形D和力F之间关系可用下式表示μ：物料的泊松比r：压模半径E：物料弹性模量所以：该式给出了由力和变形关系曲线的斜率、泊松比和压模半径计算物料弹性模量的方法。由于泊松比变化范围为0到0.5，所以弹性模量E的变化范围将是到。二、弹性参数及测定原理利用平行平板、光滑球头和圆柱形压模对整麦粒加载，然后用赫芝和布森聂方法分别计算其弹性模量，得出麦粒的弹性

8、模量如下表所示。由表可知，压模加载法求得弹性模量值最低，球形压头加载法所得弹性模量值最高。由于农业物料的力和变形关系曲线一般为S形的，钢模加载其单位面积压力较低。在曲线的初始区段求值，得出弹性模量值较低。用球形压头加载时，单位面积压力较高，在曲线的较陡部分求值，得出弹性模量值较高。三、粘弹性参数及测定研究农业物料粘弹性和确定它们在己知变形和已知载荷作用下的应力、应变和时间