2020年农业畜牧行业农业物料学

1、农业畜牧行业农业物料学20XX年XX月多年的企业涔询顾诩遢,经过实战脸证可以落地抑亍的卓越治理方案,值得您下戟用M课程简介课程号：13120310课程名称：生物物料学课程英文名称：Physical Propeties of Bio-Materials周学时：11.5学时学分：1.5主要教学内容：绪论总述第一章根本物理参数第二章固体生物物料的流变特性第三章液体生物物料的流动特性第四章生物物料的流动力学特性第五章散粒物料的力学特性第六章生物物料的热学特性第七章生物物料的光学特性第八章生物物料的电学特性第九章生物物料的核磁共振,X射线等反响特性选用教材或参考书： Physical Propeties

2、 of Bio-Materials ?农业物料学?周祖鳄,中国农业出版社,1994年5月教学大纲一、课程的教学目的和根本要求?生物物料学?是生物系统工程专业的重要专业根底平台课程之一.它是运用近代物理学理论、技术和方法,研究农业物科物理性质以及各个物理因子和生物物料相互作用的一门边缘学科. 它是物理学、工程学科和生物学各学科之间的 桥梁,也是生物系统工程学科的根底.它的任务是为学生学习有关专业课以及今 后从事科研、教学、生产和开发工作建立比拟牢固的生物物料物理特性根本理论 研究根底.通过本课程的学习,学生应掌握生物物料物理特性研究的根本理论、 根本知识和根本技能,在分析问题和解决问题的水平上有

3、所提升.为了完成和到达?生物物料学?的教学任务和要求,在整个教学环节中,要特别注意培养学生的独立思考水平. 教学内容宜以物料物理特性研究为主线, 加 强机械学、热学、电学、光学、声学等等根本理论和根本知识的教学与练习.使 学生能牢固和熟练地掌握和应用它们.只有掌握足够的根底知识,才能学好理论. 必须重视根本技能和实验技术的练习.二、相关教学环节安排为实现大纲的根本要求,创造条件采用 CAI、多媒体等先进教学手段.本大纲的局部内容可以而且应该由学生通过自学、 作业和练习等方法获得.课堂 讲授以解决重点、难点及关键问题为主,着重调动学生的思维积极性,指导学生 自学.改革注入式教学方法和教师教什么学

4、生学什么被动式学习方法. 课程中大 力开展讨论式、实验性和研究性教学,让学生积极参与到课堂中,发挥学生的主 动性、创造性和实践动手水平,锻炼学生的思维水平和表达水平.三、课程主要内容及学时分配主要讲解生物物料的根本参数、固体生物物料的流变特性、液体生物物料的流变特性、生物物料的流体动力学特性、生物物料的热学特性、光学特性、电 学特性及核磁共振、 X射线等响应特性.教学内容学时绪论总述1第一章根本物理参数3第二章固体生物物料的流变特性6第三章液体生物物料的流动特性3第四章生物物料的流动力学特性3第五章散粒物料的力学特性2第六章生物物料的热学特性4第七章生物物料的光学特性4第八章生物物料的电学特性

5、4第九章生物物料的核磁共振,X射线等反响特性4四、教材及主要参考书教材：?农业物料学? 周祖鳄北京生物出版社1994年5月主要参考书：1 . Physical Propeties of Bio-Materials 2 .?农业物料学?周祖鳄北京生物出版社1994年5月五、有关说明?生物物料学?是生物系统工程专业的一门专业根底平台课程,教学对象是高年级学生.因此,采取的教学方法应该是以课堂教学为主,课外的习题作业、辅导答疑为副在整个教学环节中,每位主讲教师要吃透大纲精神.对本课程各章节的 难点、重点、疑点,教研室要认真组织全体教师进行交流讨论,使每位任课 教师心中有数；同时,每位教师特别是任课教

6、师要始终贯彻教书育人、为人 师表、严格要求学生.充分发挥教师和学生在教学过程中的积极性,以保证 教学的顺利完成.课堂教学,采用理论讲解与图表、模型等直观教学方法,并尽可能应用 电化教学、CAI 计算机辅助教学及多媒体等先进教学手段.在教授中, 讲透重点、难点、辨清疑点；从分析结构入手,讲述液生物物料物理特性研 究原理.讲授时,要做到概念清楚、重点突出、逻辑推理严谨、有启发性； 语言要求生动、精炼；板书要求清楚、条理清楚、努力提升课堂教学质量.在实验教学中,以启发学生思考、培养动手水平为目的.实验中应以学 生能动手操纵作为中央,注重学生对生物物料物理特性研究的实验设计、实 践操作水平培养.注意设

7、计与讨论、操作与讨论、结果分析与讨论等相结合.课外,通过布置一些精选的习题,启发学生思考,以到达稳固知识、培 养学生分析问题和解决问题的水平.教师要认真及时批改作业,通过作业的 反响可以不断地改良教学方法；并可以通过习题课、辅导答疑,及时地解决 学生中的疑难问题.教研室要不断鼓励教师积极进行教学改革,不断提升?生物物料学?课 程的教学质量.共3页,第1页现代农业中已日益普遍地采用机械学、热学、电学、光学、甚至声学等各种找术和方怯来处理和加工农产品包括植物和动物物料.为使这些新技术能在生产中得到较好的应用,必须充分地掌握农业物料的各种重要的物理参数和物理性质.农业物科学或农业物料物理特性Phys

8、ical Properties of Agricultural Materrials ,即是由农业工程开展的需要在近几十年形成的一门新学科.它是运用近代物理学理伦、技木和方法,研究农业物料的物理性质以及各个物理因子和生物物料相互作用的一门边缘学科.它是物理学、工程学科和生物学各学科之间的桥粱,也是农业工程学科的根底.一、什么是农业物料？农业物料是指农业生产和加工的对象.它包括植物和动物物料,以及以它们为原料加工 的半成品和成品.例如,谷物、种子、水果、蔬莱、烟叶、茶叶、饲料、鸡蛋、各种家禽及 其它肉制品、植物油、奶油、番茄酱等等.蔬菜谷物种子水果饲料茶叶鸡蛋植物油农产品加工、农业生产作业中的各

9、个环节,无不涉及农业物料的工程性质,由于农业物 料多是生命体,有许多传统工程材料所没有的特殊性质,包括物理机械性质、热学特性、电 磁辐特性质等.这些性质都和生物体的生命过程密切相关,涉及到它们的密度、变形及破坏, 并涉及农产品的产量和质量,因而农业物料的工程性质已成为所有农业工程设计及研究人员 必须了解的根底知识.二、农业物料学主要研究内容农业物料学主要研究农业物料的根本物理参数、固体农业物料的流变特性、液体农业物料的流动特性、流体动力学特性以及热学、光学和电学特性等.由于农业物料种类繁杂、形态差异极大,因此本书主要研究农业物料各种带有共性的物理特性,为各种机械和系统,如生产、处理、贮藏、加工

10、、包装、运输和质量检验等提供合理和可靠的设计依据.1 .农业物料根本物理参数包括物料的形状、尺寸、体积、密度、孔除率、外表积、比外表积和含水 量等,它们在机械设计及产品分析中是不可缺少的最根本的原始数据和重要的工 程参数.例如,在分析水果冷却曲线,用气力法从种予或谷粒中别离夹杂物；用 气流或水流输送农业物料时都必须首先了解物料的形状和尺寸.在干草的枯燥和贮存、青贮的机械压缩；颗粒饲料和草饼的稳定性研究以及物料成熟度和质量分 析中均需要测定物料的密度.在气流和热流研究中常常要用到孔隙率、比外表积 等数据.在研究植物一土壤一水的相互关系；确定农药和杀菌剂应用次数及残留 物消除等都要了解物料的外表积

11、.水果包装分级粮食气流输送喷洒农药2 .农业物料的流变特性农业物料的流变特性是研究物料在外力作用下产生的变形和流动.对于农业物料大多是粘弹性体,所以往往要研究外力、形变和时间三者之间的关系.谷 物和种子在仓中的强度、水果和蔬莱在长距离运输时受静态和动态的作用力而可 能造成的破坏等都是与物料流变特性有关. 通过对物料流变特性的研究,可为各 种机械和设备的设计提供有用的设什依据, 并可大大地减少物料的机械损伤和提 高最后产品的质量.农业物料流变特性又为农产品的质地优劣评定提供了科学的 方法,克服了主观评定中下可避兔的片面性和主观性.3 .农业物料的流体动力学特性农产品的装运和加工过程中经常将空气或

12、水作为一种运载体,用以输送产品或别离夹杂物.用水流输送水果和蔬菜等一类农产品在生产中已得到日益广泛的 应用,这是一种比拟经济、对物料损伤较小的方法.农业物料流体动力学特性是 研究物料和流体的相互作用；物料在流体中运动时的阻力和速度以及提供农产品 流体动力学特性的根本数据.分选水力输送4 .散粒物料的力学特性在农业机械、加工机械和其它设备中经常需要处理各种散粒物料.所谓散粒 物料是指由大量的尺寸大致相同的颗粒所组成的群体,如谷粒、颗粒饲料等.它们的力学牲质如休止角、内摩擦角、最大稳定角以及在各种材料外表上的动、 静 摩擦系数等将直接影响响这些设备的设计参数. 因此,为了保怔这些设备如谷 仓有足够

13、的强度并能使物料在这些设备中畅快地流动,必须了解物料的这些基 本的力学性质.粮仓茶叶平捻机拣梗机小麦螺旋输送机二、农业物料学主要研究内容5 .农业物料的热学特性以植物和动物为原料的许多农产品,在销售到消费者之前将经受到各种类型的热加工. 热加工包括加热、冷却、枯燥和冷冻等.产品温度改变在很大程度上是与它本身的热特性 有关.对苜蓿和红三叶草等硬种子可应用适当的热处理使其变得容易渗透水分.将这些种子在温度为104 C下加热4分钟,可使硬种子数量大约减少了 80 % o在对种子进行热 处理时,它的比热是一个重要的物理特性.如果热处理时超出了种子允许的极限温度和加 热时间那么它的发芽率和生长力将会受到

14、影响.对小麦,玉米和豆类作物种子进行热处理是促进其发芽的一种很有效的方法.采用非 传导加热可使棉籽中的酶完全失去活性,预防了种子在贮藏期间的损坏.葱头在 40 C到 60 C温度范围内贮藏时可使引起腐烂的霉菌消失.桃子的热处理可延迟其腐烂时间和延 长其保质期.引起水果和蔬菜变质的酶和微生物的作用可以采用低温方法加以限制.例如,新鲜产品在32 C时如果只要1小时就产生变质的活,那么产生同样变质在 10 C时需要 1天,在0 C时需要1星期.谷物洪干塔谷物枯燥机冷冻草莓6 .农业物料的光学特性目前,农产品的光的透过和反射特性已用于电子分选和分级、成熟度和外表颜色测定以及研究水果和蔬菜的内部特性.以

15、物料的光透过特性和光吸收为根底的方法已用于测定 番茄内部颜色、小麦黑穗含量、水果成熟度、马铃薯内都变色、鸡蛋内的血点、苹果的 水核、种子含水量、樱桃的汤伤和玉米损伤等.光的反射特性可用于分级和别离夹杂物例如,马铃薯和土块的反射水平差异较大,因此可根据光反射率的不同将两种物料分开.对柠檬 的光反射率曲线研究说明,在水果成熟的各个时期其反射率有不同的变化,已根据这个特 性研制了颜色分选机.电子分选机大小颜色及形状分选水果测试贴纸标签变色分辨水果成熟度7,农业物料的电学特性农产品的一些电特性如电导性、电阻、电容和介电常数等在加工过程中是重要的物理 特性.电阻和电导已被广泛地用于表征生物组织的导电性,

16、也反映了生物体生命力的大小. 电导和电容已用于谷物含水量测定.电阻法已用于精确地测定棉花纤维长度分布以及羊毛 的细密度.生物物料的电阻值可用来检验诸如果实成熟度；选用抗寒性嫁接材料等.桃子 的阻抗随成熟度提升而增大,在完全成熟时果肉阻抗达最大值,随之又逐惭下降.利用该 特性研制的桃子成熟度检测仪要比用果实大小和色泽方法检验不仅更可靠,而且可为果实 的收获和贮藏设备直接提供成熟度的定量指标.静电别离原理已用于别离和精选种子,特别是对于小粒种子有明显效果.静电别离可 选出高电阻、高电容的种子,而这佯的种子一般都是成熟度高,生命力强的种子.试验表 明,静电别离根本上是与种子尺寸、形状、质量和外表状况

17、有关.如果用尺寸、形状、表面状况等特性无法将种子和夹杂物别离时,那么可考虑采用静电方法来别离.糖度计核子密度含水量测定仪油水别离器止匕外,利用红外线的热效应和穿透水平,通过散发水分而获得均匀枯燥；进行杀虫灭 菌快速地测定谷物、饲料、烟草等农产品的品质和主要成分；利用远红外探测器可探测森 林灾情、作物长势和预报病虫害等.紫外辐射具有光激发光现象,根据种子细胞和化学成 不同,在紫外光照射下发不同色的光,检验外观相同的种子纯度,剔除受霉菌包括五米 黄曲霉素感染的谷物,紫外辐射对动、植物有较强的生化反响强度适当的照射能促使维 生素D的转化,强度过大只用于对禽畜舍消毒和饮用水杀菌.微波的反射、折射、散射

18、和 吸收作用比短波显著,利用其辐射的热特性和生物效应,有利于枯燥,表现为透入物料内 都的能量会被物料吸收而转化为热能.进行加热枯燥、杀灭食品和谷物的有害微生物,恰 当的剂量下可激活细胞,处理种子时会增加发芽率.X射线和放射性同位素波长比紫外线还短,穿透力也强.丫射线穿过农业生物有机体时,会使其中的水和其它物质电离,生成游 离基或离子,从而影响到有机体的新陈代谢.用丫射线辐射处理可推迟果菜的完熟期,抑制块根、块茎和鳞茎的发芽和延缓蘑菇的破膜开伞.红外枯燥紫外杀菌微波食品枯燥杀菌设备综上所述,农业物料物理特性在农业工程的各个领域中有着广阔的应用前景,为各类机器、设备的设计和改良提供原始数据,为开展

19、以植物和动物为原料的新消费品提供依据, 为评定和限制产品的最后质量提供新的方法.第一节形状和尺寸第一章根本物理参数谷物、种子、蔬菜、水果、鸡蛋、饲料以及纤维等农业油料的根本物理参数；如形状、尺寸、体积、密度、孔隙率、外表积和含水量等在许多设计和研究中有重要意义.草莓萍果蔬菜玉米饲料小麦在设计收获、输送、分级、清选、枯燥、冷却、贮藏、加工等机械和设备时,都必须首先了解这些最基 本的物理参数.收获分级贮藏输送秸杆加工水果加工线蔬菜加工线返回第一节形状和尺寸第一章根本物理参数农业物料的形状大多是不规那么的.按其形态来说,有块体如水果、块根等卜粒体如种子和谷粒等、粉体如面粉和饲料等以及茎叶体等. 由于

20、农业物料形态差异很大,所以难以 用统一的方法定义物体的形状和尺寸.止匕外,由于栽培和饲养条件、气象条件、含水量等不同,即使同一个品种或同一棵植株上的果实或谷粒,它们的形状 也是各不相同的. 目前采用 的方法大局部是根据研究者的实际需要而自行定义的.一、图形比拟法图形比拟法是将物料的纵剖面和横剖面的形状绘制成图并和标准图形进行比拟,以确定 物料的形状.这种方法适用于较大的物料,如水果和蔬菜等.下列图是苹果和挑子的标准图形.图中描述水果和蔬菜形状的术语：图形-接近于球体；扁图形一 柄端和顶端是扁平的；长椭圆垂直直往大于水平直径；圆锥形一一 朝顶端方向其尺寸逐渐变小；卯形-鸡蛋形且柄端处较宽；上斜也

21、一连接柄端和顶端的轴线是倾斜的;倒卵形-倒转的卵形,椭周形接近于椭球体；平头形-一顶端和柄端两处是方形或扁/、对称一两半大小不相等.平的;第一节形状和尺寸第一章根本物理参数二、用类似的几何体表示如物料的形状和球体、立方体、圆往体等一类规那么几何体相类似时,那么可用相类似几何 体来表示物料的形状和尺寸.1 .长球体,它是由椭圆绕其长轴旋转时形成,如柠檬、哈密瓜等.2 .扁球体,它是由椭圆绕其短轴旋转时形成的,如葡萄、柚等.3 .截头正圆锥体或圆柱体,如胡萝卜和黄瓜等.哈密瓜柚胡萝卜判别形状以后,它的体积和外表积可以用相应的公式计算.体积和外表积按公式估算后,用实验方法确定物体的实际体积和外表积.

22、求出计算值和实测值之间的比例系数,从而确定各种农产品典型形状的校正系数.第一节形状和尺寸第一章根本物理参数三、形状指数形状指数是把物体的实际形状与基准形状,如球体和圆等,进行比拟的一个物理量.1 .圆度圆度(roundness)是表示物体角棱的锐度.它说明物体在投影面内的实际形状和圆形之间 的差异程度.2 .球度球度是表示物体实际形状和球体之间的差异程度.Sp=d e/d c式中：Sp球度,; de与实际物体体积相等的球体的直径,m ； dc实际物体最小外接圆走私或物体的最大直径,m o假定物体的形状为三维椭球,它们和三个座标轴的截距分别为a、b和c ,外接球的直径是椭球的最大截距e ,那么根

23、据上述定义球度s为：三维椭球的球度为三个轴向尺寸的几何平均值与最大轴向尺寸之比值.经测定说明,苹果、桃子和梨等水果的球度为 89 97%.球度数值愈大,说明物体形状愈接近于球体.第二章 固体农业物料的流变性质第一节理想物料的流变特性教学内容：一、理想弹性体的流变特性二、理想粘性体的流变特性三、理想塑性体的流变特性第二章固体农业物料的流变性质第一节理想物料的流变特性农业物料的流变特性是研究物料在外力作用下产生的变形和流动,以及负荷作用的时 效.流变特性用戍力、应变和时间三个参数表示.我们把研究物体形变和流动的科学称作流 变学.物体在外力作用下产生变形,其表现形式为变形和流动,其中流动又可分为粘性

24、流动 和塑性流动,所以弹性、粘性和 塑性是描述固体农业物物料流变特性的三种根本性质.理想弹性体一一虎克体理想粘性体一一牛顿流体理想塑性体一一圣维南体研究时常以上三个理想体的不同组成合建立实际物料的流变模型.一、理想弹性体理想弹性体中应力和应变是成正比的, 如下图.当理想弹性体受到外力作用时其应变 立即到达相应的最大值,并且不随时间而变化,我们称这种应变为瞬时弹性应变.当外力消 除时应变立即全部消失,且卸载历程和加载历程完全重合.所以,我们把理想弹性体又称作 线性弹性体.理想弹性本应力应变关系可用虎克定图理想弹性体流变学特性 律表小如下:式中：E弹性模量 拉伸或压缩应力 拉伸或压缩应变当理想弹性

25、体受到剪应力时,其剪切模量可由下式求出G = r/ y式中：G 剪切模量T剪切应力丫剪切应变当理想弹性体受到静液压力作用时,体积模量由下式求出K = P/ ev式中：K体积模量P 静液压力体积变化第二章 固体农业物料的流变性质第一节理想物料的流变特性二、理想粘性体液体阻碍或反抗自己流动的性质称为 粘性.流体在静止、流动状态下都具有粘性,但 只有在流体流动时才能显示.随流体状态的不同,粘性的差异非常悬殊.理想粘性体剪切应力和剪切应变成正比,即：T = 7式中：T剪切应力“ 粘度剪切应变速率图液体在剪切作用下的层流图理想粘性体的流变学特性三、理想塑性体的流变学特性理相塑性体的应力和应变关系如图.物

26、料在外力作用下,当剪切应力小于某个极限值时 物料不会产生剪切应就.当剪切应力到达该极限值时物料即产生剪切应变,只要保持这个剪切应力,剪切应变将不断增加,我们把这种形变称为塑性流动.这个极限值是物料能够产生应变 的最小应力值,称为屈服应力.和粘性流动一样,当除去应力后理想塑性体的应变是完全不能 钦复的,我们把这种不能恢复的应变称作剩余应变或永久变形.理想塑性体：图理相塑性体流变特性当 er , 返回第二章 固体农业物料的流变性质第二节粘弹性任何实际物料和前面所讨论的理想物料往往有很大差异.这些差异主要反映在两个方： 第一,固体的应力和应变关系式或液体的应力和应变速率关系式要比虎克固体或午顿液体

27、的关系更复杂,第二,应力和应变关系可能与应变速速及应变对时间的高阶微分有关.1 .粘弹性：物料的应力、应变、应变速率与时间相关产生的特性,既有液体的特性,又有固体的特性,是两种特性的综合.2 .应力松驰：物料忽然变形到给定值保持不变,应力随时间变化的函数关系.3 .蠕变：物料忽然受到一个给定应力值并保持不变,应变随时间变化的函数关系.实验证实,大多数农产品是粘弹性体.从现有及其有限的资料中看出,农产品是非线性 粘弹住体.由于用一般的非线性粘弹性理论解释农产品流变特性方面的研究是很不够的； 所以在研究农产品的流变特性时作了一些简化的假设,然后如工程材料那样用线性粘弹性 理论来分析农业物料的流变特

28、性.在研究农业物料线性粘弹性时,往往要研究两个重要性质,即应力松弛和蠕变.第二章 固体农业物料的流变性质第三节流变模型和流变方程教学内容一、流变模型的根本元件和流变方程二、麦克斯韦模型及其应力松弛三、开尔文模型和流变方程第二章 固体农业物料的流变性质第三节流变模型和流变方程在流变学研究中住往把前述的理想物体作为根本机械模型,并通过不同方式的组合 来模拟物料实际流变特性.这些模型在某种程度上能定性地表示物料的流变特性.根据流 变模型,最后可导出流变方程式,利用流变方程式可解释和预测在各种加载条件下物料的 性质.农业物料不是简单的弹性体、粘性体、塑性体,单一模型不能表达物料的性质,必 须将理想根本

29、模型组合才能 建立物料的流变模型.建立流变模型必须满足以下条件：1 模型必须能预测任何应力 一应变情况下的实际物料 性质；2模型必须能适应拉伸和压 缩应力及其对应的应变；3在实际物料中,当流变特性发生变化时必须能依据 模型参数 加以解释.一、流变模型的根本元件和流变方程在流变学研究中所采用的流变模型有三个根本元件,即弹性元件、粘性元件和塑性 元件,它们分别代表虎克体、牛顿液体和圣维南体中的为和形变的关系.1 .弹性元件弹性元件用遵守虎克定律的线性弹簧表示,如图.图弹性元件流变方程如下：式中：正应力E式一弹性模量正应变2 .粘性元件粘性元件是用遵守牛顿粘性定律的阻尼器表示,图 粘性元件如下图.流

30、变方程如下：式中： av正应力“粘性系数正应变速率3 .塑性元件粘性元件是用遵守牛顿粘性定律的阻尼器表示,图 塑性元件如下图.流变方程如下：式中： (TP正应力屈服应力返回第二章 固体农业物料的流变性质第三节流变模型和流变方程、麦克斯韦模型及其应力松弛麦克斯韦模型(Maxwell model )由弹性元件和粘性元件串联而成,如下图韦模型在外力作用下,两个元件所受应力是相等的,总应变为两个元件应变之和.任意时刻应力松驰方图麦克斯韦模型程可写成下式:任意时刻t时的应力衰变应力 平衡应力麦克斯韦模型的应力和时间的函数关系画成曲线,即为应力松弛曲线,如下图图麦克斯韦模型的应力松弛曲线返回第二章 固体农

31、业物料的流变性质第三节流变模型和流变方程、开尔文模型及其流变方程开尔文模型(Kelvin model )由弹性元件和粘性元件并联而成,如下图韦模型在外力作用下,两个元件的应变是相等的,图开尔文模型总应变力两个元件所受应力之和当开尔文模型受常值应力(蠕变)时,因阻尼器不可能发生瞬时应变,具初始应变为零,此时流变微分方程式为：式中：一一任意时刻 t时的应变dO初始应力E式一弹簧的弹性模量Tr 延迟时间将应变和时间的函数关系画成曲线,即为开尔文模型蠕变曲线,如下图图开尔文模型蠕变曲线返回第二章固体农业物料的流变性质第四节固体农业物料流变性质及测定教学内容：一、力和变形关系二、弹性参数及测定三、弹塑性

32、参数及测定四、粘弹性参数及测定五、模拟试验第二章固体农业物料的流变性质第四节固体农业物料流变性质及测定固体农业物料流变性质对于农产品的加工具有重要意义.好多研究者已广泛采用非生物物料所用的试验程序探讨农产品的流变特性, 试图得到有关农产品的比拟有意义和比拟 实用的数据. 固体农业物料的流变性质的测定方法可分为两类,即根本试验和模拟试验.根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等 无关,例如 弹 性模量、泊松比、松弛时间等.适合于固体农业物料或食品的根本试验又可分为两 种,即静态或准静态试验和动态试验.如用 万能试验机 测定物料弹性模量,那么 这种试验为准

33、 静态试验.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.大量测定实例已充分证实,农业 物料的流变特性是随 品种、含水量、成熟度、尺寸和其它因素而变化的.一、力和变形关系农产品在运输和加工时,是在其 自然状态 下承受各种外力的作用.对物料在自然状 态下进行力学测定是有意义的,这种测定可客观地提供 工程分析和设计 中有用的数据.可 以利用力和变形数据及有关理论来计算一些意义明确的参数,如表现模量.有关完整无损的生物物料的力和变形资料大局部是 经 验数据.不是在分析计算根底上得到的.这些数据 必须说明试件状态、试验程序、试件尺寸以及

34、其它详细资料.一般,农产品典型的力和变形关系如下图.图中：Y点称为生物屈服点(bioyield point),在Y点以后,力不再增加甚至有时还减少,而 变形却在不断增 力口.在一些农产品中,生物屈服点的存在标志着物料中细胞结构 开始破裂.生物屈服点可以出现在点LL以后的任何位置.在点LL后偏离初始的线性区段,点 LL称作弹性极限点(limit of elasticity).R点称为 破裂点(rupture point ),在这位置时物料在轴向 载荷作用下产生了破裂.破裂可能是由于外壳和外皮的裂口和破裂所引起的.一般认为,生物物料中生物屈服点对应于微观结构的破坏.而破裂点对应于宏观结构的破坏.破

35、裂点可以出现在曲线上生物屈服点以后的任何位置.脆性物料中破裂点可能出现在曲线的初始阶段.韧性物料中破裂点可能在大量的塑性流动以后才发生.返回第二章 固体农业物料的流变性质第四节固体农业物料流变性质及测定二、弹性参数及测定弹性试验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.如弹性模量、剪切模量、体积模量、泊松比等.各种农业物料或食品,如水果、蔬菜、饲料、谷粒、蛋壳等压缩试验已说明,在这些物料中即使在非常小的应变时,也显然不存在虎克弹性.右图为坚硬胚乳干玉米粒在加载和卸载的第一循环时的 应力和应变关系曲线.由图可知,在卸载时存在有一定的残余变形.对大多数食品和农业物料来说, 这类应力

36、和应变关系曲线是很典型的.把农业物料视作弹性体作试验,其所得流变参数必然 会产生相当大的 误差.弹性参数及测定主要包括轴向压缩和拉伸试验、剪切试验、弯曲试验、体积压缩试验、接触应力试验等.返回第二章固体农业物料的流变性质第四节固体农业物料流变性质及测定二、弹性参数及测定1.轴向压缩和拉伸试验压缩和拉伸试验只是施加应力的方向相反.从目前报道的资料来看,压缩试验资料要比拉伸试验 资料多.这一方面可能是由于准备拉伸试验的试件较困难,拉伸试验时试件 夹紧较复杂；另一方面是因产品的机械损伤通常是由于压缩载荷而引起的.生物物料进行轴向压缩试验时的根本要求是与工程材料相同的. 要求：施加的载荷应是 同轴 的

37、、不能使试件产生弯曲应力；试件长度和直径之比要适宜,以保证试件有足够的稳定性和预防压弯作用.在确定苹果、马铃薯、干酪和奶油等物料弹性模量时,通常是 将它们制成圆柱形试件并在两 个平行的刚性平面之间进行压缩试验.对于玉米、小麦和豆子等谷粒可以把两端切去做成试件.横截面积可用千分尺测量.弹性模量互可用公称应力和公称应变之比求出：E= (F/A) / (dL/L)式中：E弹性模量F施加的外力A试件初始横截面积dL在外力作用下的变形L试件的初始长度生物物料中即使在非常小的应变情况下总是有局部变形是不可恢复的,所以应力和应变的关 系曲线是非线性的.在曲线的不同位置可得出不同的弹性模量值.可依据原点正切模

38、量、割线模量和正切模量来定义物料弹性模量,如所示.这时求出的弹性模量称作表现弹性模量,并且需说明求弹性模量值时对应的应力或应变的大 小.原点正切模量是通过原点的切线斜率. 割线模量是原点和曲线上任意选取的 A点连线 的斜率 正切模量是曲线上所选定的点月的切线斜率.在拉伸试验中最大问题是夹紧装置.生物物料的形状、尺寸以及有生命组织中存在水分和柔 软性.拉伸试验时在夹紧、直线对准、纵轴的对称性、应力集中、轴向加栽时产生弯曲应力等方面 造成了极大的 困难.有关农业物料的拉伸试验研究较少.局部科研成果如下：返回第二章固体农业物料的流变性质第四节固体农业物料流变性质及测定二、弹性参数及测定2,剪切试验农业物料的弹性试验中有不少剪切试验的例子.有些实验并不是真正的剪切,而实际上 是一个 切割过程.为研究水果的成熟过程,曾测定了苹果、梨等果肉的剪切强度.其方法是 从一片水果的果肉上冲剪下一个圆柱体,这实际上是一种正剪切试验形式.剪切力F ,实心圆柱体冲模直径d及果肉厚度t ,那么剪切强度S可由下式确定:S=F/ 兀 dt水果成熟时,果胶物质的变化使得细胞变得松软.水果未成熟时,细胞沿剪切面彼此紧 密地粘结在一起,在剪切作用下而撕离.当水果成熟时粘结剂是柔软的,这些细胞彼此并排 地滑移而不产生撕离现象.水果在不断地成熟过程中,果胶物质不断地分解,细胞联结力减弱,剪切强度