果蔬压痕创新实验.ppt

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1、农业工程实验教学中心农业工程实验教学中心 果蔬压痕创新实验1 实验背景研研研研究究究究农农农农业业业业物物物物料料料料生生生生物物物物力力力力学学学学性性性性质质质质对对对对于于于于了了了了解解解解植植植植物物物物、动动动动物物物物等等等等生生生生长长长长发发发发育育育育特特特特性性性性、农农农农产产产产品品品品加加加加工工工工特特特特性性性性及及及及品品品品质质质质具具具具有有有有重重重重要要要要意意意意义义义义，为相关作业机械和加工装备设计提供参数和依据。为相关作业机械和加工装备设计提供参数和依据。为相关作业机械和加工装备设计提供参数和依据。为相关作业机械和加工装备设计提供参数和依据。研研

2、研研究究究究农农农农业业业业物物物物料料料料生生生生物物物物力力力力学学学学性性性性质质质质是是是是农农农农业业业业工工工工程程程程应应应应用用用用基基基基础础础础领领领领域域域域的重要内容，在现代化农业技术进步中起着重要作用。的重要内容，在现代化农业技术进步中起着重要作用。的重要内容，在现代化农业技术进步中起着重要作用。的重要内容，在现代化农业技术进步中起着重要作用。研研研研究究究究果果果果蔬蔬蔬蔬生生生生物物物物力力力力学学学学性性性性质质质质是是是是农农农农业业业业生生生生物物物物力力力力学学学学的的的的主主主主要要要要方方方方向向向向，应应应应用用用用果果果果蔬蔬蔬蔬材材材材料料料料生

3、生生生物物物物力力力力学学学学性性性性质质质质来来来来表表表表达达达达果果果果蔬蔬蔬蔬的的的的品品品品质质质质具具具具有有有有广广广广阔的应用前景。阔的应用前景。阔的应用前景。阔的应用前景。1 实验背景目前果蔬生物力学性质一般采用测试金属材料目前果蔬生物力学性质一般采用测试金属材料目前果蔬生物力学性质一般采用测试金属材料目前果蔬生物力学性质一般采用测试金属材料力学性质的方法，这种方法对测试果蔬生物力力学性质的方法，这种方法对测试果蔬生物力力学性质的方法，这种方法对测试果蔬生物力力学性质的方法，这种方法对测试果蔬生物力学特性有一定局限性。学特性有一定局限性。学特性有一定局限性。学特性有一定局限性

4、。为此创新了一种实验方法，即应用测试果蔬材为此创新了一种实验方法，即应用测试果蔬材为此创新了一种实验方法，即应用测试果蔬材为此创新了一种实验方法，即应用测试果蔬材料表面压痕的原理来测定出果蔬的生物力学性料表面压痕的原理来测定出果蔬的生物力学性料表面压痕的原理来测定出果蔬的生物力学性料表面压痕的原理来测定出果蔬的生物力学性质，实现果蔬力学性质的快速实时检测。质，实现果蔬力学性质的快速实时检测。质，实现果蔬力学性质的快速实时检测。质，实现果蔬力学性质的快速实时检测。2 实验目的测定果蔬材料的生物力学性质（如弹性模量、测定果蔬材料的生物力学性质（如弹性模量、测定果蔬材料的生物力学性质（如弹性模量、测

5、定果蔬材料的生物力学性质（如弹性模量、屈服极限、硬度等）与压痕变形之间的关系。屈服极限、硬度等）与压痕变形之间的关系。屈服极限、硬度等）与压痕变形之间的关系。屈服极限、硬度等）与压痕变形之间的关系。研究果蔬力学性质随压痕变形的变化规律，得研究果蔬力学性质随压痕变形的变化规律，得研究果蔬力学性质随压痕变形的变化规律，得研究果蔬力学性质随压痕变形的变化规律，得到压痕变形与果蔬弹性模量等力学指标之间的到压痕变形与果蔬弹性模量等力学指标之间的到压痕变形与果蔬弹性模量等力学指标之间的到压痕变形与果蔬弹性模量等力学指标之间的定量关系。定量关系。定量关系。定量关系。寻求一种快速测量果蔬力学性质的方法。寻求一

6、种快速测量果蔬力学性质的方法。寻求一种快速测量果蔬力学性质的方法。寻求一种快速测量果蔬力学性质的方法。3 实验仪器及设备取新鲜、表皮无损伤的富士苹果、西瓜、西葫取新鲜、表皮无损伤的富士苹果、西瓜、西葫取新鲜、表皮无损伤的富士苹果、西瓜、西葫取新鲜、表皮无损伤的富士苹果、西瓜、西葫芦为试验材料。芦为试验材料。芦为试验材料。芦为试验材料。采用美国采用美国采用美国采用美国InstronInstron电子万能材料试验机，测试时电子万能材料试验机，测试时电子万能材料试验机，测试时电子万能材料试验机，测试时能实现计算机自动控制和数据自动采集，载荷能实现计算机自动控制和数据自动采集，载荷能实现计算机自动控制

7、和数据自动采集，载荷能实现计算机自动控制和数据自动采集，载荷精度为精度为精度为精度为+/-0.5%+/-0.5%，传感器测量范围为，传感器测量范围为，传感器测量范围为，传感器测量范围为0-100N0-100N。试验夹具采用自制的直径为试验夹具采用自制的直径为试验夹具采用自制的直径为试验夹具采用自制的直径为11mm11mm的平板压头和的平板压头和的平板压头和的平板压头和圆锥形压头。圆锥形压头。圆锥形压头。圆锥形压头。INSTRON试验机及配套压头4 实验方法加载速度设定为加载速度设定为加载速度设定为加载速度设定为0.10mm/min0.10mm/min，计算机采集数据间隔设定，计算机采集数据间隔

8、设定，计算机采集数据间隔设定，计算机采集数据间隔设定为为为为100ms/100ms/次。次。次。次。测试时压头在与水平面垂直的方向压紧果实测点。测试时压头在与水平面垂直的方向压紧果实测点。测试时压头在与水平面垂直的方向压紧果实测点。测试时压头在与水平面垂直的方向压紧果实测点。观察力观察力观察力观察力变形曲线，试样出现明显屈服点时停止试验。变形曲线，试样出现明显屈服点时停止试验。变形曲线，试样出现明显屈服点时停止试验。变形曲线，试样出现明显屈服点时停止试验。通过计算机自动采集的压头压入试样时载荷、位移、应通过计算机自动采集的压头压入试样时载荷、位移、应通过计算机自动采集的压头压入试样时载荷、位移

9、、应通过计算机自动采集的压头压入试样时载荷、位移、应力及应变等参数，计算出果蔬的压缩弹性模量、屈服极力及应变等参数，计算出果蔬的压缩弹性模量、屈服极力及应变等参数，计算出果蔬的压缩弹性模量、屈服极力及应变等参数，计算出果蔬的压缩弹性模量、屈服极限、硬度等力学指标。限、硬度等力学指标。限、硬度等力学指标。限、硬度等力学指标。5 实验内容及步骤开启试验机，运行开启试验机，运行开启试验机，运行开启试验机，运行InstronInstron主程序。主程序。主程序。主程序。将试样水平放置在试验台上并保持稳定状态。将试样水平放置在试验台上并保持稳定状态。将试样水平放置在试验台上并保持稳定状态。将试样水平放置

10、在试验台上并保持稳定状态。调节调节调节调节“下移微调下移微调下移微调下移微调”按钮，使压头缓慢向下移动按钮，使压头缓慢向下移动按钮，使压头缓慢向下移动按钮，使压头缓慢向下移动至压头刚刚接触试样表面为止。至压头刚刚接触试样表面为止。至压头刚刚接触试样表面为止。至压头刚刚接触试样表面为止。在试验机界面中，点击在试验机界面中，点击在试验机界面中，点击在试验机界面中，点击“载荷调零载荷调零载荷调零载荷调零”和和和和“位移位移位移位移调零调零调零调零”，开始试验。，开始试验。，开始试验。，开始试验。观察力观察力观察力观察力位移曲线，出现明显屈服点时，点击位移曲线，出现明显屈服点时，点击位移曲线，出现明显

11、屈服点时，点击位移曲线，出现明显屈服点时，点击“启动启动启动启动/停止停止停止停止”按钮，停止实验。按钮，停止实验。按钮，停止实验。按钮，停止实验。点击点击点击点击“完成完成完成完成”，保存试验报告。，保存试验报告。，保存试验报告。，保存试验报告。调节调节调节调节“上移粗调上移粗调上移粗调上移粗调”按钮，取出试样，观察试样按钮，取出试样，观察试样按钮，取出试样，观察试样按钮，取出试样，观察试样表面有无压痕。表面有无压痕。表面有无压痕。表面有无压痕。6 实验结果及数据处理观察力观察力位移曲线，以西葫芦试验曲线为例，可以发现位移曲线，以西葫芦试验曲线为例，可以发现试样在位移为试样在位移为2.5mm

12、左右曲线出现非线性关系，认为此左右曲线出现非线性关系，认为此时试样屈服。时试样屈服。通过计算机自动采集的数据，以压痕变形量为自变量，通过计算机自动采集的数据，以压痕变形量为自变量，得到弹性模量、屈服极限、硬度与压痕变形的对应关系。得到弹性模量、屈服极限、硬度与压痕变形的对应关系。用相关处理软件，如用相关处理软件，如MATLAB、SAS等对实验结果进行等对实验结果进行处理分析，得到果蔬力学性质与压痕变形之间的变化曲处理分析，得到果蔬力学性质与压痕变形之间的变化曲线及数学模型。线及数学模型。西葫芦压痕试验西葫芦压痕试验西葫芦压痕试验西葫芦压痕试验7 实验报告简述实验目的和意义。简述实验目的和意义。

13、简述实验目的和意义。简述实验目的和意义。建立数学模型，总结用压痕变形量来表达果蔬生物建立数学模型，总结用压痕变形量来表达果蔬生物建立数学模型，总结用压痕变形量来表达果蔬生物建立数学模型，总结用压痕变形量来表达果蔬生物力学性质的具体方法。力学性质的具体方法。力学性质的具体方法。力学性质的具体方法。分析果蔬生物力学性质随压痕变形的变化规律。分析果蔬生物力学性质随压痕变形的变化规律。分析果蔬生物力学性质随压痕变形的变化规律。分析果蔬生物力学性质随压痕变形的变化规律。根据实验过程，思考影响试验精度的干扰因素。根据实验过程，思考影响试验精度的干扰因素。根据实验过程，思考影响试验精度的干扰因素。根据实验过程，思考影响试验精度的干扰因素。根据实验结果，思考两种压头测试同一果蔬生物力根据实验结果，思考两种压头测试同一果蔬生物力根据实验结果，思考两种压头测试同一果蔬生物力根据实验结果，思考两种压头测试同一果蔬生物力学性质的异同。学性质的异同。学性质的异同。学性质的异同。农业工程实验教学中心农业工程实验教学中心讲解结束