试析河套蜜瓜流变特性及储运损伤控制的研究 118页

内蒙古农业大学博士学位论文河套蜜瓜流变特性及储运损伤控制的研究姓名：杨晓清申请学位级别：博士专业：农业机械化工程指导教师：王春光20061001 摘要针对内蒙古西部地区河套蜜瓜这一特色果品在储运过程中因受压产生的机械损伤和蠕变损伤而导致果实品质下降的问题，采用完整自然形态的河套蜜瓜果实进行了静载流变特性的研究，为选择合理经济的储运方式、损伤控制等方面提供理论依据，研究得出如下结论：1)结合实际储运情况，获得了完整近球形蜜瓜果实的应力一应变曲线。应力一应变曲线反映出完整形蜜瓜在受压初期载荷增长滞后于受压面积的增长：缓慢加载使果实内部微观组织较早出现破坏，受压后果实鲍损伤体积较大；垂直压缩易使果实较早进入屈服状态，果实损伤程度大子相同条件下水平压缩时果实的损伤程度；口感较好的果实受压进入屈服状态后的变形率较高，破坏极限相对较小。2)果实硬度、储运温度、加载速率和受压部位对河套蜜瓜的机械特性参数均有显著性影响。机械特性参数如生物屈服极限、变形能、弹性模量和破坏极限、破坏能之间均存在一定相关性，其中生物屈服极限与变形能的相关程度最高，破坏极限与生物屈服极限和变形能的相关程度最小。3)建立了河套蜜瓜机械特性参数与食用品质指标关系的回归方程，经检验所建立回归方程有意义且呈显著。4)定量测算和评估了河套蜜瓜因受压产生的机械损伤状态和损伤程度，分析了蜜瓜果实硬度、储运温度、加载速率和受压部位等因素对损伤影响的差异性，建立了损伤体积与各影响因素的回归方程，经检验所建立回归方程有意义并呈显著。5)运用虚拟样机技术在ADAMS软件平台上建立了河套蜜瓜静载蠕变的仿真模型，运行仿真模型可获得不同储运条件下蜜瓜的蠕变特性参数和本构方程。模型运行过程可直观反映随储运环境因素及果实自身条件变化时蜜瓜蠕变特性的变化规律。6)获得了河套蜜瓜蠕变本构方程和相应的蠕变特性参数，为进一步研究河套蜜瓜的流变特性奠定了基础。7)蠕变曲线形状随蠕变特性参数改变而改变，而储运温度、载荷和果实硬度对蠕变特性参数均有显著性影响，说明河套蜜瓜受压时的蠕变行为明显受储运环境因素和果实自身条件变化的影响。为了减少永久变形对果实造成的蠕变损伤，针对成熟度较高的果实。应采取低温减轻重压的储运方式。针对成熟度较低的果实，从储运的经济性考虑可适当提高储运温度，但需减轻承重，以免蠕变变形持续发生。8)建立了河套蜜瓜蠕变特性参数与储藏时间关系的指数回归方程，经检验所建立回归方程有意义并呈显著，因此可通过静载蠕变特性参数来预测河套蜜瓜的有效储藏时间，结合实际储运情况，采取适当措施有望延长其储藏时间。9)建立了储藏期间河套蜜瓜的主要品质指标与蠕变特性参数的回归方程，相关系数均在0．95以上。经检验所建立方程有意义并呈显著。因此，通过蠕变特性 参数可预测储藏期间蜜瓜品质指标的变化，采取相应的储运手段解决因蠕变损伤而导致的蜜瓜品质下降的阔题。关键词：河套蜜瓜；储运；机械特性；蠕变特性：虚拟样机技术；损伤；品质本论文得到了国家自然科学基金项目(项目号：3056004)’|和内蒙古自然科学基金项目(项目号：200508010712)的资助。 StudyonRheoIogioaIPropertiesandDamIgeOontroIofHetaoMuskmeIonsDuringStorageandTransportationAbstractTherheolo西calstudywasconductedinordertosolvetheproblemofdamageduringstorageandtransportationofHetaomuskmelon．Thefollowingconclusionsw雠drawnfromtheexperimentalresults：11Strain-stresscurvesoftheaboutsphericalbodyofintactHemomuskrnelonfruitunderquasi,staticloadingweredevelopedunderdifferentloadingrateandtemperatureconditions．1kstrain—stresscurvesindicatethattheloadingdevelopmentlagsbehindthatofthecontactareaofthesampleatearly÷ompassingstage．Themicrotissuesofthefruitsundercompressionatasmallerrateweremoreeasilydestroyed，whichductodamagediffusionandenlargingthedamagevolume．111efruitscompressedinverticaldirectionWeremoreeasily2ettostateofyieldthanthatofcompressioninthehorizontaldirection,so，resultinginmuchseriousdamagedegree．2)nlefivemechanicalparameterswereallsignificantlyaffectedbytheeffectivefactors，suchasstiffnessofthefruits，temperatureandloading．StatisticanalysisindicatedthatyieldforcepresentedasignificantpositivecorreladOllwithdeformingenergy,andaleastcorrelationbetweenbreakforceandyieldforceandyieldenergy．31111etexturalpropertiesmaybenondestructivelypredictedandexaminedthroughthelinearregressionmodelsdevelopedoftheeffectofthemechanicalparametersofHetaomuskmelononthetextm"alpropertyindexes．41111cmethodwasestablishedtoestimatethedamagedegreeduetoquasi．staticloadingquantitatively．Theregressionequationsoftheeffectivefactors,suchasthefruits’st墒ness，loadingrate，temperatureandcompressingdirection,weredevelopedtocontrolandpredictHetaomuskmclon’sdamagedegreequantitativelyunderdifferentstorageandtransportationconditions．51皿evirtualprototypingtechnologyontheADAMSsoft"warnplatformwasappliedtosetupaereeDmodelofHetaomuskmelonunderstaticloading．Beththeconstitutiveequationandcrc∞propertyparameterswereobtainedthroughrunningthesimulatedmodel．11地changeprocessofcree带propertiesunderdiffercrRconditionswasablet‘odirectlyobservedbyrunningtheADAMSmodel6)Bo也constitutiveequationsandtheparametersofore印propertiesofHetaomuskmelonwcrcdevelopedsoastolaythefoundationforfurtherstudy011rheolo西calIxoperfies．7)Creepcurveschangedwiththecreepparameters，meanwhile，theeffectivefactors，such鸥temporature,fruit"sinlessandloading,obviouslyaffectedthefivecreeppropertyparameters．Thus,itisindicatedthattheCl"eepbehaviorsofHetaomuskmelonobviouslychangedwiththeconditionsofbothstorageandtransportationanditself．ItsuggestedthatlowtemperatureandlessloedingshouldheadaptedinstorageandtransportationforthematurefiHitS．Ontheother姒thewayofsUghtlyhightemperatureandlessloadingshouldbeusedforlessmature在uitsoutofeconomicalview．8)Exponentialregressionequationswcrcsotuptowellexpresschangeofthecrceppropertyparmnaterswithiprolongingstoragetime．Moreover,linearregressionmodelswereestabli毒hedto：reflectd啮ngeofthetexturalprope埘indexes,。suchiasinternalethyleneconcentration,refractivesugaiconcentration,watercontentandtotalsolublesolidconcentration,inaccordancewithohangeofcreepImrameterduringtheperiodofstorage． Sm6stic卸ab噶i3showedthattheaboveregressionequafio地werem蛐1ingfIllandsuitabletol珊．．dic．tandexaminenondestructivelythequalityandeffectivestorag。etimeofHet∞nmSKmel吡Keywords：Hetaomuskmelon；storageandtransportation；mechanicalproperties；creepproperties；virtualprotoOrpingtechnology；damage；texturalproperties—Directedby：Prof．WANGOhunguang(Ph．D)AppIicantforDr．degree：YANGXiaoqing(衄ricuItul：eliechaniza：L[onEngine。ri嵋)(CollegeofIloohanicaIandElectronicEngineering．InnerBongoIiaAiricuItureUniver8itv．Huhhot01∞tAChina)Itis唧rtedbyboththeNationalNaturalsciencefoundationofCmm(No：30560040)andtheNaturalsciencefundofInnerMongolia(No：200508010712)． 表清单1．表l“Galia”蜜瓜的机械特性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．32．表2机械特性试验因素和水平⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯223．表3同温度条件下河套蜜瓜水平受压的生物屈服极限与变形能⋯．．304．表4不同温度条件下河套蜜瓜垂直受压的生物屈服极限与变形能⋯305．表5不同温度条件下河套蜜瓜受压的杨氏模量⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3l6．表6不同温度条件下河套蜜瓜水平受压的破坏极限与破坏能⋯⋯．3l7．表7不同温度条件下河套蜜瓜垂直受压的破坏极限与破坏能⋯⋯．328．表8三因素及交互作用影响差异的F值⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．389．表9河套蜜瓜各机械特性参数之间的相关值一⋯⋯：⋯⋯⋯．．38lO．表10品质指标测定结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4011．表ll方差分析表⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4212．表12品质指标与机械特性参数回归方程标准化偏回归系数计算结果4313．表135．5℃条件下的机械特性参数与损伤体积测定值⋯⋯⋯⋯．4714．表142512条件下的机械特性参数与损伤体积测定值⋯⋯⋯⋯．．4815．表15四因素对损伤体积影响的差异程度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4916．表16损伤体积与影响因素的回归分析结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4917．表17损伤体积与机械特性参数的回归分析结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯5018．表18损伤体积与机械特性参数回归方程标准化偏回归系数计算结果5119．表19NS一霄Y03直流位移传感器标定结果⋯．’⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5620．表20蠕变试验因素与水平⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5621．表21加载阶段仿真模型位移量与试验变形量的比较⋯⋯⋯⋯．．6t22。表22卸载阶段仿真模型位移量与试验变形量的比较⋯⋯⋯⋯．．6l23．表23不同影响因素条件下河套蜜瓜样品的蠕变特性参数l⋯⋯⋯6224．表24不同影响因素条件下河套蜜瓜样品的蠕变特性参数2⋯⋯．．6325表25三因素及交互作用影响差异的F值⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6526．表26蠕交参数的预测回归方程及因素的预测量⋯⋯⋯⋯⋯⋯7027．表27各蠕交参数之间的相关性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7l28．表28储藏期间蠕变试验与品质测定试验的因素与指标⋯⋯⋯⋯7429．表29河套蜜瓜品质变化测定时室温及果实重量记录⋯⋯⋯⋯．．7530．表30不同储藏阶段样品的蠕变特性参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7931．表3l不同储藏时间的蠕变特性参数计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯舵32．表3l不同储藏时间的蠕变特性参数回归数据计算表(续)⋯⋯．．83 33．表32储藏时间与蟠变特性参数回归方程及显著性捡验⋯⋯⋯⋯⋯．．8334．表33预测储藏期间河套蜜瓜品质指标变化回归方程的方差分析表⋯⋯．8535．表34标准化偏回归系数计算结果⋯．：⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯86 图清单图l河套蜜瓜果实部位与形状结构示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．18图2机械特性试验及品质指标测试系统及流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯．19图3河套蜜瓜破坏损伤形态剖面示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．23图4河套蜜瓜受压后产生的裂纹位置及损伤剖视示意图⋯⋯⋯．．23图5不同口感河套蜜瓜的力一变形曲线(水平)⋯⋯⋯⋯⋯⋯25图6不同口感河套蜜瓜的力一变形曲线(垂直)⋯⋯⋯⋯⋯⋯25图7不同速率水平压缩的力一变形曲线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．25图8不忍速率垂直压缩的力一交形曲线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。．25图9不同硬度样品水平压缩力一变形曲线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯26图10不同硬度样品垂直压缩力一变形曲线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．26图11不同口感样品的应力一应变曲线(水平)⋯⋯⋯⋯⋯．．：⋯27图12不同口感样品的应力一应变曲线(垂直)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯27图13各速率下水平压缩的应力一应变曲线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．28图14各速率下垂直压缩的应力一应变曲线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．28图15不同硬度水平压缩的应力一应变曲线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．28图16不同硬度垂直压缩的应力一应变曲线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．28图175．5℃时不同部位屈服极限分布规律比较⋯⋯⋯⋯⋯⋯．33图1825℃℃时不同部位屈服极限分布规律比较⋯⋯⋯⋯⋯⋯33图195．5℃时不同部位变形能分布规律比较⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯34图2025℃时不同部位变形能分布规律比较⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．34图215．5℃时不同部位杨氏模量分布规律比较⋯⋯⋯⋯⋯⋯．35图2225℃℃时不同部位杨氏模量分布规律比较⋯⋯⋯⋯⋯⋯35图235．5℃时不同部位破坏极限分布规律比较⋯⋯⋯⋯⋯⋯．36图2425℃时不同部位破坏极限分布规律比较⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．36图255．5℃时不同部位破坏能分布规律比较⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯37图2625℃时不周部位破坏能分布规律比较⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．37图27具有不同屈服极限的河套蜜瓜品质指标分布规律⋯⋯⋯⋯39图28河套蜜瓜压溃后的破裂位置与裂纹方向实物图⋯⋯⋯⋯．．44图29未受压对照样品剖切实物图：⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．“图30河套蜜瓜样品压溃后的剖切实物图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯46图31蠕变测试系统框图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．55L乞孔乱豇乱L&。；mn心他M坫埔盯坞均加殂忽船孔筋孙盯勰凹∞n 32．图3233．图3334．图3435．图3536．图3637．图3738．图3839．图3940．图4041．图4l42．图4243．图43“．图4445．图4546．图4647．图4748．图4849．图4950．图5051．图5l52．图5253．图5354．图54仿真建模流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．勰相同载荷(45N)受压时河套蜜瓜的蠕变变形曲线⋯⋯⋯⋯⋯59AD^lIS仿真模型及测量过程界面⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．∞蠕交仿真模型的检验过程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯∞加载阶段仿真模型曲线和试验曲线对照⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．∞卸载阶段仿真模型曲线和试验曲线对照⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6lBurgers模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．眈不同硬度样品在不同温度时瞬时刚性系数p，的分布规律⋯⋯⋯63具有不同硬度的样品在不同温度时牯性系数z／，的分布规律⋯⋯64具有不同硬度的样品在不同温度时延迟时问k-的分布规律⋯⋯64瞬时刚性系数F，对蠕变曲线的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯两延迟尉性系数F，对播变曲线的影响．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．67粘性系数t／，对蠕变曲线的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．鹤粘性系数可，对蠕变曲线的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．：⋯．．葩延迟时间对蠕变曲线的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．∞储藏期饲果实聊含量变化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．77折光糖含量(昭功变化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．77可溶性固形物含量(7∞交化．^⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．78含水量变化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯78不同储藏时期样品的蠕变曲线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．∞不同储藏时间刚性系数分布规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8l不同储藏时闻粘性系数分布规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8l不同储藏时问蠕变延迟时间分布规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．眩 内蒙古农业大学博士学位论文l1引言1．1本研究的目的和意义1．1．1河套蜜瓜的生产、储运现状1．1．1．’河套蜜瓜的生态特性和营养、经济价值蜜瓜是葫芦科的一种古老作物，栽培历史悠久，分为薄皮蜜瓜和厚皮蜜瓜两类。其中厚皮蜜瓜起源于西亚、中亚大陆性气候的干旱草原，生长势强，果实较大，果肉厚，果皮光滑或有细纹，果皮较厚(O．2-0．5cm)不能食用。古代“丝绸之路”对我国厚皮蜜瓜的引种以及品种的不断丰富和发展起了重要的作用。薄皮蜜瓜亦称“中国蜜瓜’，它起源于我国的黄淮流域及长江中下游温暖潮湿地区，生长势较弱，果实较小，皮薄肉薄，皮能够食用。河套蜜瓜是我国代表性的厚皮蜜瓜品种之一m。蜜瓜的含糖量较高，并含有氨基酸、有机酸等多种风味物质；同时含有纤维素、钙、铁、磷、维生素A、Bl、B：、C以及8一胡萝h素，最为突出的是铁、v^和13一胡萝h素等含量在各类水果中名列前茅。此外，蜜瓜含有胨化酶，可把不溶性蛋白质转化成可溶性蛋白质，对肾脏病人、便秘、胆结石病人均有食疗作用n一。据联合国稂农组织(FAO)统计，蜜瓜在国际市场果品销售的排行榜中由十多年前的13位上升为现在的第9位，且换汇率居各类水果的最前列。在传统的生产国中，美国的蜜瓜种植面积已超过西瓜，日本的蜜瓜种植面积也正逐年增加并以设施优质栽培闻名于世，历来不能生产蜜瓜的韩国、澳大利亚、菲律宾、泰国和我国台湾省也竞相研发，通过设施栽培将产品打入国际市场，而以色列更将蜜瓜作为其主要的出口商品之一．据全国瓜协统计，1998年我国蜜瓜栽培总面积达33万公顷，占全世界栽培总面积的1／2以上，进入2000年以后，栽培总面积和产量都呈增长趋势。而我国西北干旱地区种植面积居全国之首．蜜瓜是喜温、喜光作物，整个生育期要求充足的光照、较高温度和较大的昼夜温差，这样有利于果实糖分和风味物质的积累。西北地区气候特点是光照强、日照时间长、降水少、干燥、空气相对湿度低、春季温度变化大、夏季热量集中、昼夜温差大，这样的生态条件完全符合蜜瓜生长的生物学需要，因此所产的瓜品质优良、产量高，一直在国内、国际市场上享有盛誉。河套蜜瓜是西北地区蜜瓜的代表品种之一，属于厚皮系统非网纹类蜜瓜，又名华莱士．瓜为圆球、扁圆球或柠檬形，表皮光滑有裂纹，皮深黄或黄绿色，肉脆汁多，入口绵甜，风味独特，醇香爽口，集香梨、苹果、蜜桃、香蕉味道于一体，是内蒙古西部地区的重要特色优良果品，也是内蒙古中西部地区重要的经济作物，在国内、国际市场上一直享有盛誉，换汇率在各类水果中名列前茅“4。河套蜜瓜主产区位于内蒙古自治区河套平原中西部，此地区土地资源丰富，地势平坦，土壤肥沃，光照充足，渠系配套，引黄自流灌溉，具有发展农业生产得天独厚的优越条件．近几年，全区实施种植业结构调整工程，沿I10国道主产区根据土壤性质分布种植河套蜜瓜，采取温室、中棚、小弓棚、大弓棚与露地直播相结合 2河套蜜瓜流变学特性及储运损伤控制的研究的种植方式，采取开沟起垄、使用二氧化碳气肥、幞下暗灌等科学增产新技术，使蜜瓜品质不断提高，上市时间从过去不足一个月延长为大约7个月，拉开了时间差，提高了产出效益．同时，温室种植蜜瓜也使农民获得了丰厚收入。2005年种植温室蜜瓜270棚，2006年增加到400多棚，温室种植总面积逾百公顷，产量达150多万公斤。2005年全区总种植面积超过1万公顷，单产一般为30000公斤／公顷，总产在30万吨左右，商品瓜在20万吨左右．本地区生产的蜜瓜，其干物质含量可达18．5％，总糖量可达15．8％，维生素C含量保持在29．0---39．1％毫克／100克鲜瓜重，综合品质好．近些年来，全区河套蜜瓜主产地纷纷举办。蜜瓜节”已成为当地重要的节日，对提高当地农产品知名度、促进招商引资发挥了重要作用m：71．I．1．2河套蜜瓜储运现状及存在的问题河套蜜瓜种植以露天栽培为主，受地区气候影响种植及收获季节相对集中，种植区远离东部沿海港口城市及经济发达地区的大市场，因此，随着河套蜜瓜种植面积和产量的不断增加，在当地瓜农收入增加的同时也带来了储运等流通环节方面的许多问题。在收获旺季，因流通手段不畅使产品外运不及时、个体购买向少量化发展以及果品市场的丰富多样化而造成大量果实堆积、滞压．由于该果品本身属于呼吸跃变型，极不耐储运，同时具有明显的粘弹性，堆积滞压情况会产生时效性，这样会加快蜜瓜内部组织细胞的损伤进程，不但导致果实品质下降同时会缩短储藏时间，直接影响其生产和销售，同时也严重影响这种特色产品的声誉，使其经济效益大为下降。另外，由于没有快速有效的分级机具，长期以来蜜瓜类果品的成熟度与品质的划分主要是采用传统的人工法进行，耗时费力，又相对主观，果实分级工作没有科学性，在收获旺季，这样的人工分级就更加粗放，可能造成良莠混杂，降低了该果品的市场销售竞争力m。1．1．2蜜瓜流变学研究的必要性当前，随着西部开发的不断深入，在大力发展西部地区的优良特色农产品、提高农产品的经济效益、增强农产品在国内国际市场上的竞争力、有效利用地方资源、发展地区优势经济的前提下，为使河套蜜瓜这一优良果品真正显示其优良性并使其获得最好的经济价值，流通环节中的储运问题需亟待解决，但解决此类问题的关键不能仅单纯寻找保鲜方法，而是要在分析其采后生理生化的基础上，结合保鲜措施，同对结合各种储运条件下果实生理组织结构的变化、品质变化等现象。充分考虑储运过程中果实的受压状况、抗压性以及堆积挤压对果实的时效性影响。从果实自身的物理特性入手进行分析，这样才能更有效地解决河套蜜瓜的分级问题以及解决和预测果实的耐储性和储运损伤问题． 内蒙古农韭大学博士学位论文31．2国内外流变学研究现状正是由于蜜瓜的独特风味以及食用的营养价值和种植的经济价值，引起了国内外学者对蜜瓜越来越多的关注，但研究大多集中在遗传育种、栽培技术、基因技术、采前和采后果实生理结构的变化、生化和营养成分的分析以及病虫害防治等方面一，对于储运环节中因受压而引起的果实品质改变和机械损伤问题却未见报道，与果实品质、机械损伤等密切相关的流变学研究的各类报道也非常有限。1．2．1国外蜜瓜流变学研究现状早在1976年，美国马萨诸塞州立大学的LGomez．Brito和Y．MalevsM就采用万能压缩试验机对包括蜜瓜在内的几种不同汁类水果进行了试验研究。他们将蜜瓜果实加工成不同直径的圆柱体作为试样，压缩速率50珊／min，用不同圆柱体直径代表完整形态蜜瓜的大小，通过力一变形曲线分析比较了不同大小果实的变形屈服点、因汁液挤出造成的重量损失、糖度、总固形物含量等指标，研究指出，当水果种类与成熟度不同时，汁液渗出率在30％-70％之间。对于大多数水果而言，随果实成熟度的提高，力一变形曲线同时也在发生变化，成熟度较高的果实衰败出现之前的变形较小，这是由于汁液挤出造成的”．美国阿肯色州立大学的H．Chen(1996年)借鉴了上述研究的试验方法，为无损检测蜜瓜硬度而采用以色列品种"Galia"蜜瓜的圆柱体加工件进行了初步的准静态和动态压缩试验，压缩速率25mm／minw。他从力一变形曲线的小变形区域获取准静态和动态条件下蜜瓜的杨氏模量，并将此杨氏模量与蜜瓜激振试验中的声波传播速率做相关分析，建立了蜜瓜的有限元仿真模型(192三维组件，210节点)．机械特性试验结果见表l。表中历／纺，肋I表明了蜜瓜的外形接近球形而种腔呈椭圆形，Dl、仇分别为果实外廓赤道与轴向直径，玩、D．分剐为果实种腔的赤道与轴向直径，蜜瓜形状不同可能导致不同部位的杨氏模量也不同。囊1。Galia。蜜瓜的机械特性TabIe1Properti∞of。妇Ii0”mueklel∞ ●河套蜜瓜流变学特性及储运损伤控制的研究日本农产品采后技术实验室的J．Sugiyama(ASAE会员)等学者(1998年)同样为无损测定田问生长及采后储存蜜瓜的成熟度而设计制作了枪形手持式硬度检测仪“”．设计基础是以整果的脉冲激振试验、穿刺试验、准静态压缩和小组品评试验为依据。试验时将完整果实沿垂直于果梗方向的赤道部位切开，两个半球体分别用作穿刺试验、压缩试验试样和激振试验试样，采用万能试验机进行压缩试验，压缩速率30mm／min．力一变形曲线中所获得的杨氏模量与激振试验所获得的传播速率有很好的相关性(O．943)，穿刺试验所获得的杨氏模星与激振试验所获得的传播速率的相关系数为0．873．他指出尽管穿刺试验易于测定硬度和杨氏模量，但其结果会出现较大的偏差，这是因为当穿刺力较大时呈非线性状态，与压缩试验相比重现率较差，因此建议采用准静态压缩试验进行硬度和杨氏模量的测定。7上述各试验分别于当地室温下进行。试验目的是通过获取蜜瓜的杨氏模量并最终检测其成熟度，没有涉及蜜瓜储运环节中的品质变化、储运损伤等问题，也没有涉及蜜瓜受力的时效性问题，即研究蜜瓜受力的应力一应变一时间或力一变形一时间等问题。而且上述试验均以规则的加工件作为试样代替完整果实进行压缩，将蜜瓜视为各向同性体处理，这样的试验状态与蜜瓜实际储运时的受压状态是有差异的，并且几个压缩试验分别只采用一种压缩速率，没有进行压缩速率对试验结果影响的分析比较。随着人们对蜜瓜的生物学特性和生理组织结构的不断深入研究，认识到蜜瓜果实力学特性与其细胞结构特性的密切关系，因此有学者采取将蜜瓜应力松弛试验和细胞膨压定量测定相结合的方法进行了细胞膨压对力学特性影响的研究，如美国学者A．M．Rojas(2000年)。他将样品分别放入不同浓度的甘露醇溶液中浸泡而进行膨压测定，之后再进行应力松弛试验，得出了破裂与细胞壁完整性有关、松弛与膨压有关的试验结论⋯．但此应力松弛试验是在样品经过高渗透溶液浸泡之后进行的，所得松弛曲线必与未经处理的样品的结果有差距，属于特定试验条件下的结果，根据Maxwell模型和回归分析方法确定了相应的应力松弛参数。1．2．2国内蜜瓜流变学研究现状虽然我国蜜瓜起源、引种较早，但一直缺乏对该类果品流变学方面的研究。涉及到从采收、储藏到运输各环节力学问题的只有新疆、兰州、内蒙古河套大学等几位学者，他们从1990—2000年问先后对我国西部地区蜜瓜采收、储藏、运输各环节的现状及存在问题进行了调查，调查中谈到了机械损伤问题以及定性讨论了机械损伤与储藏时果实品质的关系，但没有定量地做更进一步的研究m．除此以外，其它针对蜜瓜力学特性方面均未见报道。综上所述，园内外蜜瓜流变学方面的研究尚不多见，到目前为止所报道的研究成果也只停留在对其准静态压缩阶段。虽然前人的研究目的和研究方法为蜜瓜进一 内蒙古农业大学博士学位论文5步的流变学研究奠定了一定基础，但对解决实际储运中所遇到的品质改变、机械损伤、无损测定品质以及等级划分等问题仍有较大偏差。1．3其他果品的流变学研究现状及可借鉴的方法、理论等1．3．1弹性理论在果品流变学特性方面的应用伴随着果品的机械化收获和运输分配闯题，为描述果品的力学特性，国外一些学者先后采用Boussinesq和Herts理论通过对果实进行准静态单轴压缩试验，由试验所获得的力一变形曲线确定果实的杨氏模量，以力一变形曲线为依据来描述机械损伤以及影响某些果品质地的机械特性，如坚实度、硬度以及与力学行为相关的生物结构特性等。早在上世纪60年代起，加拿大的G．E．Timbers和L．M．Staley等人(1965年)就开始对马铃薯进行了准静态压缩试验研究w。他们根据Boussinesq弹性理论利用万能压缩机采用直径在6皿旷25咖之间的压头进行试验，压缩速率的变化范围在3-15mm／min之间，受压物体接触表面的应力分布方程为：o=————jj==8口2彻√口2一r2式中：P_载荷N砌头半径衄r_—接触面上任意一点到接触点中心的距离月斯萨—应力MPa当间时(接触中心)：a面=乏≥在接触边缘，即r---诅时，o-=oo压头压入样品中的位移量为：F=p五1-万v2式中：瑚移量咖腓用在压头上的全部载荷N’I一泊松比点L杨氏模量咿a口—压头半径咖(3) 6河套蜜瓜流变学特性及储运损伤控翩的研究根据上述公式获得了样品杨氏模量随压头直径而改变的结论以及采用不同直径压头时马铃薯的杨氏模量与泊松比．美国的R．B．Fridtey(1968年)等学者在G．E．Timber的基础上做了更进一步的研究，运用Boussinesq和Herts弹性理论研究了受压苹果接触部位应力分布和损伤情形一。他们将苹果切半并侧向放置，在室温条件下使用Instron万能压缩机分析比较了平扳压头和柱塞压头两种受压情况下果实的变形D和接触部位应力。分布情况：平板跌D=揠×丢(1一’r2)2(4)o：竺(5)。2—2za—1-厍2‘5’式中：D—接触面处果实的变形量，因为两端同时受压，所以实际变形量口一果实接触表面任意一点处的应力MPa肛果实半径哪肛果实的杨氏模量MPa1^一泊松比卜从接触中心至接触面上任意点M的距离mm碳触面积的半径mm柱塞压头：D；—P(；Ij-v-2)(6)Z‘l凸o：——1(7)o=————}==i～"2万口√口2一，2式中：口·压头半径哪试验数据表明，柱塞压头所产生的剪应力虽然是造成苹果细胞当前破损的主要原因，但剪应力值只是平板压头所产生的压应力的27％，而且平板压头试验更接近实际静载受压情况，试验数据也更为可靠，但在他们的研究中对于果实受压的损伤情形采用的是理论分析的方法。 内蒙古农业大学博士学位论文7此后，美国学者P．C．Arnold和N．N．Mohsenin(1971年)对农业物料和食品物料的轴向压缩试验做了回顾和分析w。他们采用苹果切片作为试样，分别在不同的夹具装置上使用圆柱形压头和球形压头进行试验，并对比分析了所获得的力—变形曲线。他们以Boussinesq理论为依据，认为力与变形呈线性关系，即户可fj砂，并且不同的压头形式所获得的力一变形曲线斜率不同。圆柱形压头试验误差较小．与此同时，美国学者Shelef在此基础上做了改进，认为采用圆柱形压头所形成的力—变形关系是曲线而不是直线，原因是接触部分果皮的光滑程度、接触时的空隙率、样品果实内部的不均匀性等。他认为以Herts理论为依据来描述力与变形的关系从而进‘三一步获得杨氏模量则是更适合的，即：F=，(D)：，但模型建立的过程是基于样品果实的各向均匀性等假设条件m。美国学者Tchenschner和Affeldt等人则通过万能压缩试验机在室温条件下采用不同的载荷速率，分别对加工成圆柱体形状的不同硬度苹果果肉进行压缩试验，对苹果果肉坚实度等问题做了评价研究mm。国内对农业物料的力学研究开展的较晚，1990年吴德光，蒋小明利用Hertz弹性理论对硬质和软质两类不同的农业物料分别进行了压缩试验研究m．硬质物料以玉米为例，采用Herzs理论讨论了生物屈服极限、破坏机械和变形功的测定方法和压缩试验时压头尺寸、形状、压缩速率等对它们的影响。得出了物料压缩特性与物料种类、含水量、压头形状、压缩速率等有关的结论，硬质物料适宜的压缩速率为0．5-Smm／min。陈萃仁等学者运用Hertz弹性理论对圆柱体加工件的杨梅样品进行了力学特性及其储藏过程中变化规律的试验研究m。由Hertz弹性理论中两个相接触球体的变形量公式推导出杨梅果实在承受平板挤压时接触处的总变形量为：网222=腻c=寿恻sm：c=去专式中：触触处的总变形量IBm严—接触载荷N幽—杨梅的几何平均直径舢(8)(9)(10) 8河套蜜瓜流变学特性及储运损伤控{瓴的研究蝴梅的杨氏模量MPa砌梅的泊松比c．—综合弹性常数当果实出现永久伤痕时的屈服极限为；鼋产0．918撂(N)，(11)式中：。g旷一屈服极限，此时F取果实出现永久伤痕时的挤压力。‘获得了弹性常数和屈服极限的变化规律以及储藏温度、储藏时闻和成熟度对果实弹性常数的影响，在此研究中，对果实承受平板挤压时接触处的总变形量研究采用的是理论分析法。纵观上述国内外学者以弹性理论为基础对各类果品等农产品物料受压过程的试验研究和理论分析，归纳起来主要是从理论上分析了压缩接触部位果实的应力分布情况、杨氏模量、坚实度等力学特性，同时研究了不同的压头型式和压缩速率等因素对压缩力学特性的影响。为获褥压缩的应力一应变关系，多数学者采用的是果实的圆柱体加工件作为试验验样品。这些研究成果对了解果品受压过程中的力学特性发挥了极其重要的作用，同时也为后人进行果品的流变学研究奠定了基础，但在考虑果品本身的物理性质和试验方法上仍有一定的局限性，有待于进一步的探索研究。1．3．2运用粘弹性理论进行研究随着对采后果品生理生化过程更进一步的了解，人们认识到果品具有明显的粘弹性，而单纯根据弹性理论进行压缩试验研究、不考虑压力对粘弹性物质产生的时效性影响，不能完全解释储运中受压延时损伤等一系列问题。因此运用粘弹性理论对各类果品的流变学特性研究便日益广泛起来。主要有两类，即非时间依赖的和时间依赖的粘弹性物质的流变学特性，前者指粘弹性的机械特性，是以物质在外部载荷作用下的力一变形瞳线或应力一应变曲线为基础进行研究的，后者指粘弹性物质的蠕变特性和应力松弛特性。是以物质在外部载荷作用下的变形一时间曲线、应变一时间曲线或力一时间曲线，应力一时间曲线为基础迸行研究的。“1．3．2．1机械特性方面以色列A．Mizrach等人(1991年)通过对冬瓜果肉的机械特性、声学特性试验及相关性分析，全面研究了冬瓜的衰败总是先从种腔开始直至整果的衰败机理m，他们虽然将机械特性与声学特性进行了交叉性研究并结合了小组品评的试验方法，具 内蒙古农业大学博士学位论文9有实际意义，但试验选取的压缩速率单一且没有考虑温度对试验结果的影响。此后，日本学者J．Sugiyama(1998年)也采用了准静态压缩试验和声学特性试验相结合的方法制作了手持式硬度计用以检测田间生长甜瓜的成熟度w．采用压缩速率为50珊／min所获得的应力—应变曲线的线性部分求其杨氏模量，根据杨氏模量与硬度、激振声波传播速度的相关性研究制作了检测装置。美国P．Correa等人在上述研究基础上通过对鳄梨果肉的静态压缩试验获得的机械特性参数与样品生理测试试验结果进行相关性分析，研究了鳄梨在两种温度下(20X2和6℃)机械特性参数与其生理变化的关系，在此研究中考虑了温度对鳄梨机械特性参数的影响。美国贝兹维尔农业研究中心的Affeldt和Abbott等人分别在1988年和1992年报道了他们通过杨氏模量等流变学指标来评价水果品质的研究。1996年Abbott又从各向异性的角度出发，研究了苹果不同部位的机械特性w。1996年加拿大马尼托巴省立大学的Scanlon研究了马铃薯生理变化对机械特性的影响m。1998年美国华盛顿州立大学的Bajema和Baritelle等人利用自制压力锤对马铃薯进行冲击试验研究了温度、膨压等对马铃薯破坏应力，破坏应变的影响m·“m。1999年他们通过对不同的马铃薯品种进行机械特性试验，研究了马铃薯重量对其机械特性的影响w。东北农学院的马小愚、雷得天在1988—1999年问对大豆籽粒受压的力学性能进行了研究m一，他们采用自制的测试装置对大豆进行准静态压缩试验，获得了典型的力一变形曲线，由曲线初始近似直线区段的斜率计算得出大豆的杨氏模量量E。tga(12)1990年吴德光，蒋小明利用Hertz弹性理论对硬质和软质两类不同的农业物料分别进行了压缩试验研究w。软质物料以苹果为例，讨论了生物屈服极限、破坏机械和变形功的测定方法和压缩试验时压头尺寸、形状、压缩速率等对上述参数的影响，得出了具有粘弹性的软质物料的压缩特性与物料种类、含水量、压头形状、压缩速率等有关的结论，软质物料适宜的压缩速率为5-50m／min。西北农业大学的李小昱、王为(1998年)对苹果的压缩特性进行了研究m，得出了加载速率和压头型式对压缩试验有很大影响，影响其生物屈服力、破裂力与变形量的变化和大小的试验结论，试验同时表明苹果损伤与其变形量有直接的关系、口苹果硬度H与压缩初始区段力和变形曲线的比值冬有极显著的相关关系，即：U日；J．742+0．3007F(13)D2004年浙江大学的王俊等学者将桃、梨看作各向异性体，对这两种水果不同部位的流变特性和动态特性进行了研究m．他们分析了梨、桃各向坚实度和糖度差异以及取样方向、部位和朝向对各机械特性参数的影响，并获得了各向机械特性参数 10河套蜜瓜流变学特性及储运损伤控翩的研究的回归方程。梨、桃各向机械特性差异性的研究结果对梨、桃等果实质地较佳部位的评价以及加工机械较优参数的选择等均具有指导意义，也为今后进行其它类别果品流变学研究探讨各向异性问题时提供了很好的思路。2005年中国农业大学的王荣、焦群英等人通过对番茄和单粒葡萄的压缩和拉伸试验对葡萄的机械损伤形式和力学特性进行了研究，获得了与机械损伤直接相关的整粒葡萄的刚度、杨氏模量和破裂强度等，同时得出葡萄表皮破裂是葡萄宏观破坏的主要形式，且从赤道平面开始、沿子午线方向扩展的试验结论“一．上述各研究考虑了果品本身的粘弹性，并以此为基础进行了非时间依赖的机械特性试验研究和理论分析．归纳起来主要是研究了上述果品的杨氏模量、定性地分析讨论了果品压缩过程中的机械损伤，变形量等，同时研究了压头、加载速率对准静态压缩过程的影响。这些研究成果对了解具有粘弹性的果品受压过程中的力学特性发挥了极其重要的作用，同时也为后人进行果品的流变学研究奠定了基础。但大多学者在研究果品轴向压缩的机械特性时是将果实加工成圆柱体规则件，从力一变形曲线的初始近似直线区段求取杨氏模量，只有部分学者考虑了果品的各向异性，采用了完整形态的果实作为试验样品，但没有求取完整形态果实的杨氏模量，在与实际储运条件的结合上也仍有一定的局限性，如温度对机械特性的影响方面有待于迸一步的探索研究．1．3．2．2蠕变和应力松弛特性方面在流变学研究过程中，前人介绍了一些压缩试验方法，如加拿大的S．Cenkowski等学者⋯1，为实现瞬间加载，使用一套弹簧装置对单粒核果进行静载蠕变恢复试验并获得了应变一时间曲线。不同直径的样品所得到的曲线形状均与四元件Burgers模型的蠕变恢复试验曲线相同，由此确定蠕变模型为四元件Burgers模型并求得果实的粘性系数和刚性系数，蠕变模型的本构方程如下：的=罟+詈口．P赢，+竺占。占，Vl,式中：g渺—应变％珊—恒应力MPa手—作用对同s勖—瞬时杨氏模量iIPa,E≥—．延迟杨氏模量MPa(14) 内蒙古农业大学博士学位论文．1l7_一延迟时间昂其中砌2昙刁，口，一粘性系数N．s／一‘试验同时比较了不同压头型式、压头尺寸、含水量以及载荷对蠕变参数的影响，获得了样品含水量与受压接触面积的回归方程：De=0．0874胞-0．0927Rz=O．900(15)式中：De--接触面积直径mm’脆—样品干基含水量％含水量与接触面积之间较高的相关程度表明了可用受压接触面积来解释核果的粘弹性行为。我国学者陈萃仁等采用草莓切片作为试验样品研究了草莓果实的应力——应变特性和蠕变特性，其蠕变模型为：￡=o．000738ao”(16)他指出草莓果实的极限屈服点随不同储藏温度和储藏时间而变化并将温度作为影响因素引入流变学研究过程，为其它果品的流变学研究提供了重要的参考价值⋯．然而上述各研究均均取果肉部分进行加工，相当于将果品基于一种最简单的各向同性的假设。而实际储运中的果品均存在形状的不规则性和内部结构的不均匀性等问题，因而基于各向同性的流变学试验结果的实际应用是有局限性的。为更加符合储运实际情况，我国学者孙骊、李小昱、冯能莲等人对此进行了改进“”．她们根据粘弹性理论，采用自制的蠕变试验机对完整形态的苹果进行了静载蠕交特性研究，采用回归分析法获得了完整苹果的四元件Burgers蠕变模型和相应的蠕变参数，蠕交方程为：喇=旦Co+争e詈，+崇(17)式中：e—变形量mm％—恒定载荷Nco、Cr—弹性元件的刚度N／mm叩，带广．粘性元件中与粘性有关的常量N．s／mm 12河套蜜瓜流变学特性及储运损伤控制的研究雌迟时间s，其中”=要L，，卜—作用时间S其中G，C．日、日，都是与苹果的品种、成熟度、硬度和储藏时间有关的常量。我国学者王俊也充分考虑了果品的各向异性问题”，他对梨、桃各部位的松弛特性差异进行了详尽、深入的研究，通过曲线拟合的方法获得了三单元组合的应力松弛模型及相应本构方程为：!o一)=soEo+soE,e7．(18)2004年吉林大学的马洪顺等人以野生薇菜为研究对象进行了拉伸、压缩、弯曲、冲击、应力松弛和蠕变等力学试验m，选用三参数模型对应力松弛和蠕交试验曲线进行拟合，获得了野生薇菜应力松弛和蠕变本构方程分别为：童堂a(t产1．273soe“(19)—_!一P(t)=o．638％+0．219％(1一e2ta·6)(20)其中，口产3．374解"a。由以上分析可知，国内外学者在对果品的流变学特性方面已做了大量研究，介绍了流变学有关内容的一些试验方法，如拉伸、弯曲、压缩、冲击和应力松弛等，将应力、应变和时间结合在一起考虑，同时在研究过程中也考虑了流变特性的一些影响因素，如压头型式、压头尺寸、样品含水量以及载荷等对蠕交特性参数的影响，有的学者考虑了储藏温度和储藏时间对果实受压屈服变形的影响，有的学者结合果品的各向异性进行了果品流变学特性研究。所有这些研究方法和研究成果对相关果品的实际生产起到了一定的指导作用，也为拓宽果品的流交学研究范围以及深化果品的流变学研究内容奠定了基础，但上述研究在建立流变学模型时都是采用传统的统计分析法。纵观国内外学者在针对果品的机械损伤研究方面也取得了一些进展。如英国学者Y．C．Hung(1988年)研究了桃采后表皮擦伤敏感性与准静态机械特性参数的相关性m．他将成熟度、储藏时间和冲击能量作为机械特性试验的主要影响因素，研究并获得了机械特性参数如破裂应力等与桃表皮擦伤敏感性的回归方程如下；R9=4025-99．4×FPUA。(∥叼．64，／2<0．O001)(21)式中：最9——Bruisesusceptibility正矿∥丹吨狰——-failurestressN／cd 内蒙古农业大学博士学位论文13这样即可通过相关机械特性参数来预测采后桃子表皮擦伤敏感性和损伤的严重程度．。李小昱、朱俊平等人(1997年)通过在不同载荷、不同时间条件下对苹果的蠕变试验研究了苹果蠕变特性及其静载损伤机理m，获得了苹果静载机械损伤体积与变形量、载荷、加载时间及粘弹性系数的回归方程，得出了苹果静载蠕变损伤主要是变形超过了极限变形量的结论．孙骊、仇学农等(1996年)研究并评价了苹果储运过程中的机械损伤规律mm，他们指出，由于储存引起的机械损伤发生在接触面上，可用接触面直径说明损伤程度，建立了接触面积与载荷、时间的关系式。以上对于果品受压机械损伤方面的研究有的是侧重于果实表面可见的损伤，有的虽然研究了内部蠕变损伤体积，但都是用受压接触面积代替内部真实的损伤状态，并没有对内部真实损伤状况进行定量的分析讨论，因为不同种类果实因自身结构的差异性，受压时的损伤状态有明显的差异，因此，可以将上述研究方法和结论作为参考和借鉴，但针对具体果品和储运条件研究损伤问题时，仍需改进和深化。1．3．3植物细胞生理结构与流变特性相结合进行研究在流变学研究领域中，随着研究对象范围的不断扩大和研究内容的不断深入，一些学者开始将生物学与流变学有机地结合起来，建立随着时间变化植物细胞的微观结构变化与流变学特性变化的相关关系，这些研究成果极大地推动了流变学领域的研究进程。美国学者w．Bajema(1998年)通过压缩、剪切、拉伸和品质特性试验研究了冷藏条件下储藏时间对马铃薯流交特性的影响。他以马铃薯储藏期间细胞结构的变化为着眼点，分析了引起细胞膨压变化的原因是由于储藏期间细胞液的渗流和蒸发，流变特性参数随细胞膨压的变化而变化w。试验样品采用直径为19ram、高度为10mm规格的圆柱体，获得了不同储藏时间的蠕变模型，即储藏前期采用一个Voigt元件能较好地反映马铃薯的蠕变行为，随储藏时间延长至35天以后，采用两个Voigt元件构成的模型反映其蠕交行为，其中第二个Voigt元件表现微观结构的变化。美国学者Robertl(1992年)将压缩破坏力作为反映马铃薯品质特性的试验指标，研究了马铃薯细胞膨压对穿刺及粘弹性的影响m。英国的H．X．Zhu和J．R．Melrose(2003年)进行了储藏时间对果蔬器官机械特性影响的研究，他们采用规则排列的六角形细胞代表果蔬的微观组织结构，并假设六角形每一边长，厚度所代表的细胞壁、细胞液的结构特点和材料特性，将不同储藏时间、不同压缩速率获得的机械特性参数与六角形细胞有关参数相关联，得出果蔬细胞所受机械冲击的影响是与相对应变速率(-。X，D为细胞壁可渗透系数)有关而非单纯与应变或细胞壁∥可渗透系数有关的试验结论，同时表明，在储藏时闯内可以用机械特性参数预测细胞膨压和细胞壁的渗透力m． 14河套蜜瓜流变学特性及储运损伤控制的研究1．4存在的问题分析目前国内外果品研究的现状可以看出，对于蜜瓜的静态和准静态压缩及果品相关领域流变学特性研究尚存在以下主要问题w：1．4．1在研究对象范围方面目前国内外对于果品流变学的研究对象范围相对狭窄，尤其是静载流变学研究，主要集中在苹果、梨、草莓、葡萄等少数品种上，缺少具有地方特色的同时亦属于大宗类果品的流变学研究，如蜜瓜等。然而不论在种植面积、经济收益、营养价值，还是人们的喜爱程度等方面，蜜瓜是国内外市场中不可被忽略的一类果品．同时，由于蜜瓜类果品自身的生理结构与上述水果有很大差异，果实内部是种耔空腔，果肉厚度方向上各处质地不同，组织结构方面与苹果等相比差异很大。国外仅有个别学者做过关于蜜瓜准静态压缩的机械特性研究，但研究的主要目的是测定蜜瓜的杨氏模量和测定成熟度等，所考虑的试验因素不够全面，试验采用果肉的圆柱体加工件而非实际储运时的完整形态果实，没有考虑蜜瓜果实的各向异性。并且迄今未见关于针对实际储运条件下该类果品的蠕变或应力松弛特性等流变学研究报道。1．4．2在果品的流变学研究与食用品质特性研究的结合方面目前对果品的流变特性与机械损伤的研究大多属于宏观力学研究，现有的与细胞微观组织相结合的流变学特性研究报道虽然从本质上揭示了引起果品流变特性变化的原因，对果品流变学研究起到了极大的推动作用，但并未将果品的流变学特性、生物特性的交叉性研究与果品的食用品质变化、实际储运情况相结合。因为果品所具有的明显粘弹性是由于果品细胞内由液泡产生的对细胞壁的静压力和细胞壁自身的弹性相结合的结果，储运时不同的承载条件必然使流变特性参数发生变化，意味着果实的微观组织结构、生理生化过程随之发生变化，其外在表现就是果品品质及生物特性的变化。因为食用是果品储运的最终目的，不与食用品质相结合而单纯进行流变学研究显然是不够的，对实际生产不具有完全的指导作用。1．4．3流变学研究与实际储运过程的结合方面样品处理：国外学者进行蜜瓜机械特性试验的主要目的是测取杨氏模量，试验时均将蜜瓜去皮，取肉质部分加工成规则的圆柱体，即将蜜瓜视为各向同性体处理。而实际蜜瓜因为种腔呈近椭圆形，外形近圆形，赤道方向和项部的肉质厚度不同，靠近种腔和靠近果皮的果肉质地不同，因此它为各向异性体，并且以完整果实形态进行储运，而以规则的圆柱体加工件为样品的试验结论势必与实际储藏情况有较大的偏差。其它果品的流变学研究在果实的各向异性方面虽然有了改进，许多学者以完整形态果实为试验样品详细深入分析了果品的各向异性，但在获取果品的杨氏模量时，只是从压缩试验所获得的力一变形曲线初始区段的近直线部分求取杨氏模量， 内蒙古农业大学博士学位论文，15没有考虑果实受压过程中随压力增加接触面积亦同时发生变化的情况．温度：蜜瓜属于呼吸跃变型细胞状物质，在采后仍然具有很强的生命力，与环境有明显的能量交换．随外界环境的变化其呼吸强度、细胞组织衰败及果肉软化的速度也发生不同程度的变化。储运温度较高时会加快能量交换过程，加快果肉软化速度，而较低温度不仅加大了储运费用，还可能在储运时发生冷害。这些因素直接关系到果品品质的变化以及流变特性参数的变化．然而现有几个针对蜜瓜的机械特性试验均未考虑温度的影响。目前针对其它果品的流变学特性研究中，与实际储运过程相结合、将温度作为试验因素全面进行温度对流变特性影响的定量研究甚少，在果品的流变学特性研究中如果忽略储运温度的影响，其研究结果对选择合理经济的储运方式、有效减少实际储运条件下的流变损伤方面不具备完全的指导意义。压缩速率：加载速率效应是材料粘弹性的重要特征。在准静态压缩过程中，压头所受到的阻力与压缩速率有关，直接影响受力后的变形情况，同时，不同的压缩速率使果实在受压过程中吸收不同的能量，造成不同程度的损伤。采用几种不同速率对果实进行压缩，相当于模拟储运过程中果实所处的不同冲击状态即。而国外关于蜜瓜的几个压缩试验各自均采用一种压缩速率，没有对比分析压缩速率对其力学特性的影响。因此，从力一变形曲线中得到的变形屈服点以及杨氏模量等参数相对片面、缺少可比性。1．4．4在流变学模型建立方面分析以上各种流变学模型的建模过程，主要是将试验所获得的应变一时间曲线或应力一时间曲线与粘弹性物料的几个流变学常用理论模型进行拟合而得到的。曲线拟合过程相对烦琐，采用统计学手段并不能考虑物料本身的粘弹性，也无法直观地看出果实受压过程中的流变特性的变化，而直接选用某种模型又难免参杂许多主观的因素。因此，所建立的果品流变学的数学模型在反映物料的实际粘弹性方面会有偏差，应该尝试改进的建模方法．1．4．5在果实内部损伤形态的研究方面以往对果实流变学方面的研究在考虑其损伤时，多数是从理论上进行分析讨论．因为各类果品内部组织结构、肉质纤维等方面存在的极大差异，对不同类型果实在不同受压状态下会产生形式各异的损伤状态，因此应根据具体果品的受压的损伤形态，确定其损伤体积的计算方法，定量计算损伤程度，对影响损伤体积或损伤状态的因素进行研究并与储运时的受压情况相结合，这样才能对储运实际起到很好的指导作用．1．5研究内容 16河套蜜瓜流变学特性及储运损伤控镧的研究鉴于河套蜜瓜采后流通环节中存在的问题，以及在实践探索和对前人同类及相关领域的分析研究、借鉴的基础上，拟结合河套蜜瓜的生理生化特点及实际储运条件，针对蜜瓜储运过程中因受压造成果品损伤而导致风味劣变、品质下降、储藏期缩短等问题，对河套蜜瓜准静载的流变学特性进行深入研究，研究内容着重从以下几方面进行：1．5．1河套蜜瓜准静载机械特性研究准静载机械特性研究主要针对解决储运过程中因挤压使果实吸收能量而造成的机械损伤、品质下降等阊题。为符合实际储运情况，采用完整形态的河套蜜瓜果实进行试验并采取相应措施消除整果压缩过程中因接触面积变化而造成对力—变形曲线的影响，获得整果的应力一应变曲线以及生物屈服极限、杨氏模量、变形能、破坏极限和破坏能等机械特性参数。以试验图片为依据。定量研究果实受压破坏时的损伤体积及相应的影响因素，建立损伤与影响因素之间的回归方程：同时研究河套蜜瓜主要食用品质指标与机械特性的关系，为设计河套蜜瓜分级机具；无损测定品质、选择经济合理的储运方式、最大限度地减少并预测储运过程中因挤压造成的机械损伤、解决品质下降等问题提供理论依据和相关参数。．1．5．2河套蜜瓜静载蠕变特性研究静载蠕变特性研究主要针对解决实际储运中因蜜瓜承载时和卸载后载荷的时效性影响产生的蠕变损伤而使蜜瓜品质下降的问题。结合实际储运情况，在不同试验条件下对自然完整形态的河套蜜瓜样品进行集中蠕变试验。在试验基础上，运用能够直观反映蜜瓜果实承载过程中粘弹性变化的虚拟样机技术，在ADAMs软件平台上建立河套蜜瓜果实静载蠕变仿真模型，获得主要蠕变特性参数和本构方程，分析各试验因素对蠕变特性的影响，建立影响因素与蠕变特性参数的回归方程，为预测和无损判定储运期间因静载引起的蠕交损伤、选择合理的储运方式提供理论依据。1．5．3河套蜜瓜储藏品质变化与蠕变特性关系的研究对河套蜜瓜分阶段进行蠕变特性试验和蜜瓜主要品质指标的测定与分析。将蠕变试验后的样品一一对应作为品质指标测定的样品，将流变学与食用品质及生物学特性有机地结合起来，研究在整个有效储藏期阃河套蜜瓜各主要品质指标变化规律与蠕变特性的关系，同时研究储藏时间对蠕变特性参数的影响，建立储藏时间与蠕交特性参数的回归方程以及主要品质指标变化规律与蠕变特性参数的回归方程，全面研究河套蜜瓜采后储运过程中随储藏时间延长而引起河套蜜瓜品质变化情况。为无损检测并预测储运过程中果实的品质变化及预测河套蜜瓜有效的储藏时间提供理论依据． 内蒙古农业大学博士学位论文172河套蜜瓜静载机械特性的研究材料的流变特性指材料的应力一应变一时间的关系，或者说是材料受力后的变形、流动随时问的变化．材料的机械特性指它的应力一应交或力一变形之间的关系，不考虑时间因素，因此机械特性是流变特性的一种特殊情况．材料轴向压缩试验所表现的机械特性可以反映出材料的抗压能力以及材料受力过程中吸收能量的情况“‘“”。迄今为止的果品轴向压缩试验中，通常将被试果实制成圆柱形试样，采用平板或柱塞压头进行压缩试验，在压缩过程中，随压缩力增加压缩量(即变形量)也将增加，当压缩力达到一定值时，样品破裂(该点称为“破裂点”)，破裂后继续压缩，压缩力突然大幅度下降。通过试验可获得圆柱体试样的力一变形曲线w。但果品在运输?储藏和加工等过程中一般是在自然完整状态下承受外力的，因此在自然状态下进行机械特性的测试才更符合实际，这样才会给工程分析和相关的设计计算提供有意义的客观依据。河套蜜瓜是生物材料，其含水率、温度、部位及果实硬度等因素对流变特性影响明显。同时，河套蜜瓜具有明显的粘弹性，其力学特性有别于理想的弹性体，当承受轴向压力时，应力一应变关系、力一变形关系均表现出粘弹性体的特征m一．本章拟在分析河套蜜瓜采后生理生化过程变化的基础上，结合前人对河套蜜瓜所采取的保鲜措施，针对储运过程中因受压而造成的机械损伤、品质下降等问题，与实际储运条件相结合，研究储运过程中河套蜜瓜果实的抗压性、与机械特性相关的品质特性并定量测算和评估机械损伤的程度，为减少并控制储运中的果品损伤、选择合理经济的储运方法、预测有效的储藏寿命等方面具有重要作用，同时可为设计分级机具、品质指标的无损测定提供相关参数和理论依据。2．1试验指标机械特性试验：果实细胞中的液体可以使内部产生压力作用于细胞壁上，使细胞保持一种弹性应力状态，这种压力称为膨压，它是细胞内的一种静压力，它和细胞壁的弹性结合起来就构成了生物组织的流变特性。果实细胞组织的力学特性主要由细胞壁决定，如弹性、刚度和强度都取决于细胞壁的结构和组成m“m。细胞中的液体由细胞膜约束存在于细胞壁内部，当果实受到不同程度的冲击力或静压力使其细胞膜发生破裂时液体便会透过细胞膜，从而改变对细胞壁的作用力，即膨压发生明显变化，细胞微观组织遭到破坏，其外部表现就是果实受压变形率的变化，即力一变形曲线或应力一应变曲线中出现生物屈服点，所对应的力或应力即是使果实细胞膜破裂、细胞液渗流平衡遭到破坏的最低极限值，称为生物屈服极限mw．此时果实吸收外部压力传递的能量称为变形能，其数值为生物屈服点下方变形曲线与横坐标围成的面积m一．当果实继续受压，微观组织破坏区域扩大，致使细胞壁最终破裂，此时的力或应力称为破坏极限。此时果实吸收的能量称为破坏能，破坏能J‘Ub=r凡皿．杨氏模量可以表征果实的弹性状态，数值上为果实受压的应力一应变曲 18河套蜜瓜流变学特性及储运损伤控制的研究线中弹性阶段内应力与应变的比值．本研究采用试验样品为完整蜜瓜果实，受压过程中虽载荷增加接触面积同时增加，因此取当接触面积增加速率趋于稳定时，应力一应变曲线中直线段的应力一应变的比值．上述各参数与果实受压的损伤状态紧密关联，因此，本章将生物屈服极限e(yieldforce)、变形能够(yieldenergy)、破坏极限只(breakforce)、破坏能以(breakenergy)和杨氏模量E(Young’Smodulus)作为目标参数，结合实际储运情况研究静载时河套蜜瓜果实的机械特性以及机械特性参数与损伤程度、品质指标之间关系．’品质指标测定：硬度变化是果实成熟软化过程的反映，由于水解酶的作用，在蜜瓜成熟过程中，果实组成中多糖被分解，使可溶性固形物含量发生变化，因此，蜜瓜的硬度、可溶性固形物含量与蜜瓜的成熟程度密切相关n‘“⋯。另外，蜜瓜成熟过程也是糖分积累过程，成熟的河套蜜瓜甘甜爽口，含糖量高使其独具特色，也是其成熟程度的指标之一n““。水分不但影响食用时的口感，同时也关系到果实内部组织的流动性和抗压性。因此本章将可溶性固形物含量嬲(totalsolvablesolidcontent)、含糖量RSC(refractivesugarconcentration)和水分含量彬(watercontent)作为品质指标测定试验的目标参数，研究并评估河套蜜瓜采后静载作用下品质变化与机械特性的关系。损伤体积测定：河套蜜瓜果实受外载后产生的机械损伤是一个复杂的过程，不仅与受载的外部条件有关，同时与果实内部微观组织结构、果实生长的生理特性均有密切关系，虽然很难单纯从力学原理和果实机械物理特性来全面分析其损伤的变化规律，但借助于统计学的方法，并通过样本试验可以建立损伤模型。由于蜜瓜果实细胞的微观组织特性，如细胞液的流动、细胞的膜透性以及果实受压时细胞膨压的改变等特性直接影响果实受外载荷的宏观力学表现，因此能够寻求机械特性、各影响因素与损伤之间的关系。本文采用损伤体积兀(damagevalume)来评价河套蜜瓜果实受压的损伤程度。2．2试验样品和测试系统2．2．1试验样品供试河套蜜瓜采自内蒙古巴盟临河市乌兰农场，俗称“华莱士0属于非网纹状厚皮蜜瓜品种．该种瓜一般为每年4月中旬种植，6月上旬开花座果，7月中旬瓜成熟，植株生长期为三个月一．为尽量减少果实差异，在同一种植田里由果农评定后，选择成熟度较接近、形、嚣雁‘，迷戮田I河蠢蜜瓜果实部位与形状结构示意田FI‘lT’崎●●ctIonofthefruit■"op‘ 内蒙古农业大学博士学位论文．19状均匀、直径大小在120-130毫米、重量在0．6kg-O．8kg之闯无损伤、无病虫害的果实，当天运回实验室，再进行二次挑选，确保差异最小。按照不同试验温度分别分组放置，对每一组中果实进行分类编号，确定三个成熟度等级，用硬度计量成熟度，根据每一等级中的对照样品测定硬度值。同时测定每一果实重量和轴向高度(果梗所在垂直位置为轴向位置)和赤道直径，以便计算试验样品的形状系数，将重量异常的果实再次剔出。全部试验测定项目尽可能在较短的时间内完成时问，以免延长时间因果实后熟造成试验结果的差异。2．2．2测试系统及流程为实现轴向压缩试验与蜜瓜品质指标测定一一对应，测试系统框图及测试流程如图2所示：i。图2机械特性试验硬品质指标测试系统爰漉程Fig．2Processandthesystemof-echan；caIpropertyandtexturaIpropertyexperimntofHetao-sI‘_eIotis(1)GY一1果实硬度计(牡丹江市机械研究所)果实硬度指果实单位面积承受测力弹簧压力(N)后，二者的比值为果实硬度，以S(stiffness)标记，单位：XlO"Pa。测量前首先调零，转动转盘，指针与刻线2处重合，然后用刀将果实削去lcm2左右的皮，握住硬度计，使之垂直于被测果实表面，在均匀力的作用下将压头压入果实内，此时指针开始旋转，当压到压头刻线时(压入10珊)停止，指针的刻度值即为所测得硬度值。测量后，按复位按钮，指针回到调零点处。技术参数：．示值范围：2-15X105Pa示值误差：±O．5压头最大行程：lO珊压入深度：lO姗(2)ZPQ．400智能气候培养箱(哈尔滨东拓科技开发有限公司)可为用户提供每昼卜22个时段的温度、湿度(气候培养箱具有此功能)和光照度三项参数的任意组合编程，以折线的方式模拟人工气候参数曲线，构成一个局部 加河套蜜瓜流变学特性及储运损伤控翩的研究人工气候。具有测控和待机工况的记忆功能，不论非正常停电或关机，再次开机或来电自动开机都能延续原来的工作状态，从而保证测控工作的连续性，为编程和修改测控数据提供极大的方便。主要技术参数如下；容积：400立升温度范围：有光照lo-50℃，无光照5-50℃，考虑到实际储运条件，选用无光照编程操作．温波范围：温控波动±O．5"C温度均匀性：无光照±1．0℃要求环境温度：lo-30℃根据实际储运情况，采用此机设定试验所需的各温度储存环境。(3)WSM-IOK计算机控制智能试验机(长春智能仪器设备有限公司)可实现试验力、横梁位移、试样变形的闭环控制，具有试验进程控制模式的智能专家系统，用户可根据自己的需要设置试验进程和试验过程中各阶段的控制模式，Pc机控制系统即自动建立相应的控制算法，按照用户设置的模式自动控制试验进程。程控防盗器实现了试验和试样变形的数字调零、自动标定、自动换档和各档位之间零点和示值的统一，提高了机器的可靠性。主要技术参数和技术指标：调速范围：0．005-500mm／min速度精度：±1％，测力分辨率：满量程的0．001％，示值精度自每档满量程的20％起为示值的±1％。随机配备标距50呻，变形测量范围0-25咖引伸计，分四档，精度±1％。位移测量分辨率：0．01啪，横梁移动小于等于10m，位移误差不大于0．02m。“)2阶J阿贝折射仪(上海光学仪器厂)阿贝折射仪是能测定透明、半透明液体或固体的折射率nD和平均色散nf-nc的仪器．测量范围nD=1．300一1．700，测量精度：±0．0002。测量透明或半透明液体含糖量时操作与测量液体折射率时相同，此时读数可直接从视场中示值上半部读出，即为液体含糖量浓度的百分数(可测含糖量浓度范围1-95％，相当于折射率为1．333-1．531)．2．3试验方法2．3．1试验因素的选取由于河套蜜瓜的外形并非绝对球形，种腔接近椭圆形，因此各处的机械物理特性会有一定差异，垂直于果梗方向的赤道位置果肉较多，且从果实剞切开的种腔形 内曩古农业大学博士学位论文2I式看，瓤籽均规则排列，大致垂直于果梗方向．从整体可食部位果肉口感来看，赤道部位肉质较松，果梗部位肉质较紧，．必然导致力学特性的差异。为全面反映果实储运中因各向异性导致的受压后损伤程度的差异，试验中取果实果梗水平放置和垂直放置两种形式，采用平板压头““‘“．因为果实硬度不同大体反映出的成熟度不同，力学特性就明显不同，因而损伤程度也不同；果实的体温必然直接影响果实细胞液的渗流和水分蒸发，影响一些高活化能反应的进行，从而改变组织的力学特性“‘。；根据粘弹性果实受外力时吸收能量的观点，不同载荷速率使果实吸收不同的能量，因而导致果实受损程度不同，基于上述考虑，将硬度、温度、压缩速率和受压部位作为机械特性试验因素。，2．3．2计算样品形状系数‘因为试验样品为自然完整形态，接近球体，受压面积随作用力增加，变形量与受压面积同时发生变化，因此要得到准静态受压的应力一应交曲线和相应的杨氏模量E必须消除面积变化的影响。为减小因果实形状与球体之间外形差异程度造成的计算误差，分别计算每一个试验样品的形状系数Q，采用统计法计算获得在受压过程中的瞬时应力和应变，从而得到应力一应变曲线。设物体在三个相互垂直平面内投影面积的算术平均值为该物体的评价投影面积，记作^尸：知：—AI—+—A__2+AJ(22)式中：以，以，几分别为物体在三个垂直平面内的投影面积。根据凸状物体理论，建立如下关系式：一．V。2，<，1；石(23)·．一石(23)S。36’。式中：矿和S分别为被测果实的体积和表面积．体积测定采用捧水法进行，表面积测定采用薄膜包封法进行．同时已查明，凸状物体的平均投影面积是表面积的{m．用5专纨代入上式，得：4脏娑矿；(24)J6’J或：A口；舻(25)式中七是素数，它随物体的特征尺寸而变，对于球体来说，k=握手=L2lm． 22河套蜜瓜漉变学特性及储运损伤控制的研究形状系数9=T1．21，物料的七值越接近tL21，则物料的形状越接近于球体”．河套蜜瓜样品计算所得的Q值越接近于1，则其形状越接近于球体·计算受压过程中瞬时应力和应变值时的误差就越小．2．3．3机械特性试验方法因为河套蜜瓜果实硬度与温度均由果实采后实际储运情况决定，硬度无法人为控制。为更好反映实际，试验按照完全方案进行。因素与水平见表2．衰2机械特性试验因素和水平Table2Theeffectivefactorsandleveleofthemcheni∞Ipropertyexperimnt．因素求平一加载谴率·硬度温度受压．(I^，lm)(×1哜≈)(℃)部位2∞实12℃—1a℃果梗水平OD340测24℃—跖℃4SO值SO℃韵扶t果寝垂直(∽其中，硬度测量采用GY-1型果实硬度计，取不同温度时的对照样品进行。测量时将对照样品从赤道部位横切，沿赤道一周并距外果皮5mm出均匀测量10个点，取平均值，以×105Pa表示。硬度值越小，表明果实成熟度越高，反之，硬度值越大，果实成熟度越低。湿度各水平是参照河套蜜瓜常靓采用的储运温度丽取值的。如5—6℃是参照河套蜜瓜通常在冷藏库的储存温度而选择的，12-13"C是果蔬自然通风地窖的储存温度，25℃左右是河套蜜瓜收获时节本地的正常室温，30℃或以上是收获季节本地室外较高温度时段的温度““m．’‘为减小因试验数据离散性造成的误差。同一因素与水平组合时重复试验lO次，如果多次试验数据服从正态分布，则取其算术平均值作为该组等精度试验数据中的最佳数据“”．：整果应力一应交曲线的获得：因河套蜜瓜果实外形近球形，为减小果实之闯、果实形状与球体之间的差异程度，引入形状系数．在压缩过程中，果实单位垂直高度的瞬时变形量即为压缩过程中的瞬时应变。以力的变化和瞬时变形量为计算基础，获得瞬时接触面积，进一步获得压缩过程中的瞬时应力。得到应力—应变曲线． 内蒙古农业大学博士学位论文．∞2．3．4品质指标测定方法取上述某条件时机械特性试验后的样品(如：室温25"C、压缩速率为40衄／min、硬度分别为5．5×105忍、8．9×10SPa和11。1X105Pa的机械特性试验后的所有样品)一一对应测量折光糖度RSC(refractivesugarconcentration)、可溶性固形物含量TSS(totalsolvablesolidcontent)和含水量彤(watercontent)，每一个硬度作为一组，每项指标在同一硬度组中各测试5组，记为5个试验号，每个试验号内均测定5个样品，取平均值。TSS在内蒙古农业大学生物试验中心测定，测定结果以检验报告形式给出⋯。RSC测量采用2WA-J阿贝折射仪(折光糖度计)，将受压后样品分别沿垂直于受压轴线的直径平面剖切，在不同部位取果肉汁液测定，取平均值(％)。TSS和膨测定参照文献[73]进行，肜以水分占果实鲜重的百分比表示．同时进行小组品评，记录品评口感。2．3．5损伤体积测定方法由预压试验中河套蜜瓜果实破坏的剖切实物图可知，所有已破裂果实的内部损伤状态对称地分布于四点，每点处的平面形状可近似为梯形，梯形面积及损伤纵向深度与压缩速率、受压方向、硬度和温度等因素有关。根据果实损伤实物图片绘制如图3所示的河套蜜瓜破坏损伤剖切平面示意图，四处梯形损伤面积比较接近，梯形高度h初H的方向平行于四个损伤点对称轴，长边6靠近果皮，短边a靠近种腔，L为梯形损伤深度的垂直距离．a，反h，Ⅳ和三的数值均由损伤状态实测获得。圈3胃套蜜瓜磕坏损伤形态剖面示意田田4Fig．3The●●cti舯-Isketchofthed嘲叠·stateofthesamplesCompressd损伤体积计算公式如下：河毒譬瓜受压后产生的曩纹位置豆损伤剖视示意田FiE．4The=ketohofcrackpositionofthesamplescoaprelsed 河套蜜瓜流变学特性及储运损伤控制的研究n=伽×争"压5-x√丽x半整理得：玢=巫2万批向+缈(26)(27)此计算方法虽然存在一定误差，但误差是针对所有受试样品而言的，可用此方法从数值上作为受压破坏程度的比较。2．4结果与分析2．4．1机械特性曲线分析2．4．1．1力一变形曲线特征点以温度25℃、硬度为8．9x105Pa、压缩速率为40ram／rain、水平和垂直两种放置方式的样品受压为例，如图5和图6所示，试样l曲线和试样2曲线分别为具有不同小组品评口感样品的力—变形曲线，图中每条曲线均显示两个可见特征点，即s点和B点，S点为生物屈服点，B点为破裂点。由图可知，不论水平压缩还是垂直压缩，在相同试验条件下，具有不同小组品评口感的样品在轴向压缩时，随载荷增加变形均相应增加，但到S点，曲线出现转折，力增加幅度远小于变形增加幅度，该点就是生物屈服点，所对应的载荷即为生物屈服极限。该点的出现说明果实细胞微观结构开始被破坏．继续受压，果实出现破裂(B点)，对应的载荷为破坏极限，此时果实宏观结构被破坏。从小组品评试验来看，水平压缩时，不同品评口感样品的力一变形曲线中所反映的生物屈服极限值大致相同，但口感较好样品的破坏极限较小，如图5中的B2点．垂直压缩时，由于果梗部位肉质差异性大于赤道部位的肉质差异性，因此，不同口感品评结果的样品的生物屈服极限值有差异，在图6中表现为Sl、S2两点，口感较好的一组样品的破坏极限值较小，如图6中的Bl点．图7所示为相同硬度样品在不同压缩速率水平压缩时的力一变形曲线，图中显示了当速率从20ram／rain增大至40ram／rain时，各曲线的生物屈服极限依次增大直至40m,．／min时达到最大，然而当速率继续增加为50哪／min时，生物屈服极限随之下降，而且压缩速率为40m／min时所对应的破坏极限值最大。图中Sl、S2、S3和S4分别为20衄／min、30衄／min、40mm／min和50mm／min各速率压缩时样品的生物屈服点，Bl、B2、B3和B4分别为上述速率压缩时样品的破裂点．图8所示为相同硬度样品在不同压缩速率垂直压缩时的力一变形曲线，由图可知，随压缩速率增大，样品的生物屈服极限各不相同，其中以40mm／min时为最大，但由图中可以看出，四条曲线中随速率增大破坏极限依次增大。与图7相比，垂直压缩时蜜瓜生物屈服极限均小于相应条件下水平压缩时的生物屈服极限，因此，垂直压缩易使果实较早进入损伤状态。 田5不同口暮河套蜜瓜的力—壹形曲线(水平)25℃-B．g×lO．Pe-4Qm／RinFir5Forr，r-deformtioflr．MJryoofHetaoiluskmeIonwithdifferelyttaste(horizontaICollpre$8ion)巧℃-8．9XIO"Pa-40m／nin田7不同速率水平压缩的力一变形曲线衢℃-8．9×10％Fir7Forct-d．formtionCUrVeof敝00-u●I_-I∞Ull抽rdifferentIomlinErates(t崎rizontalc呻r·●●jon)25℃_8．9X10％盈a不周口暮河套蜜瓜的力—变形曲线(垂I)25℃-8．9XlO"Pa-40m／minFig．8Force-deformtioncurveofHetaonuskMl011withdifferenttaste(verticalcompression)筠℃_8．9XlO"Pr40m／min田8芊局速率垂直压缩的力—壹形曲线25℃．e．9×lo"PaF；‘8Force-deformti011curveofHetaomuskmelo．Underdifferenl：loadinllrstos(verticlIr,o印ression)25℃-8．●x加IP●图9和图10分别为不同硬度样品以40衄／min的相同速率水平压缩和垂直压缩 ％河套蜜瓜流变学特性及储运损伤控制的研究时蜜瓜的力一变形曲线．由图可知，不论水平压缩还是垂直压缩，随果实硬度降低，其受压时的生物屈服极限值随之减小，屈服时相对应的变形量也减小，因此变形能也减小，意味着果实受压时吸收较少的能量即进入屈服状态，果实内部微观组织易损伤。从图9和图lO所显示的各自破裂点来看，随果实硬度降低，破坏极限随之减小，但破坏时的变形量并不显示明显变化规律。圈9不同硬度样品水平压缩力一变形曲线25℃-40Re／minFig．9Forcrdeformtiollcurveofthesa--leaUnderdifferentloadingrates(hotizontalco-ores$ion)衢℃．40-●／-in圈10不同硬度样品垂直压缩力一变形曲线巧℃一40lm／minFig．10ForGe-deformatioNcurveofthesamp|eQUTldordifferentloadingrates“erticalconfession)衢"C-401mJmin2．4．1．I压缩速率对变形率的影响由图7和图8可知，在相同温度、相同硬度条件下，不论水平压缩还是垂直压缩，不同压缩速率得到的力一变形曲线的斜率是不同的，即在压缩过程中当载荷达到相同时，不同压缩速率使样品产生的变形量是不同的。当样品受压进入屈服状态后这种差异更加明显，表明采用不同压缩速率时，，样品的变形率不同，这与河套蜜瓜果实受压时细胞内液体的流动有关，当压缩速率很低时，一定时间内载荷对受压果实做功较少，即果实吸收能量较小，果实细胞内的液体渗透是相对平衡的，细胞内部的静压力较小，随压缩速率增大，对细胞内部液体的束缚力增大，液体被局限于细胞壁内，液体渗透平衡逐渐被破坏，致使细胞膨胀而细胞膨压增大，其宏观表现即为果实受压的变形率减小m．图7和图8所示，当压缩速率为20ram／rain，变形率最大，即相同压力产生最大的变形量，而且最早进入屈服状态．随速率增大至40nn／min，变形率逐渐减小，且生物屈服点延迟出现．但继续增大压缩速率至50m／ain时，变形率反而又增大，这是因为继续增大压缩速率时，果实细胞膨胀达 内蒙古农业大学博士学位论文27到极限值从而引起细胞破裂有关，同时也与河套蜜瓜果实自身的特殊结构有关，因为该类果实内部为种腔状，空隙较大，种腔的力传递能力与实体部分相比相对较小，受压时会吸收较大的能量，其外部表现即为变形率较大，因此河套蜜瓜果实在速率很小和很大时抵御变形的能力都较弱，都会产生较大变形量。这一点与其它内部实体状果品受压有区别m．．-。图8显示的垂直压缩的情况更加明显于水平受压的情况．考虑到实际的储运情况，由图9和图lO可知，当温度相同并以相同速率受压时，试验结果表明，硬度较小的样品受压的变形率较大，且较早出现生物屈服点进入屈服状态，但变形率差别不明显。从破裂情况看，硬度为11．2×105Pa的样品破裂点出现最晚，对应的破坏极限值最大，硬度为5．5×105Pa的破裂点出现最早，对应的破坏极限值最小。表明果实成熟度越高，其微观组织越易发生破坏，且越易发生表面破裂。2．4．1．2应力一应变曲线分析田¨不周口暮河套蜜瓜的应力—应变曲线(水平)25℃—＆9xlO"Pa-4妇／sinFi‘11Stress-straincurveofHstaoMuskmeIondifferenttaste(hor|zon"calcompress；on)25℃—&9X10％-40m／sin圈12不同口暮河套蜜瓜的应力一应变曲线(垂直)’巧℃—&9×l呐k《-．，-inFig．12Stross-straincurveofttetaoIluskwIonwiUlwithdifferenttaste(vertic41canprossJo市衢℃—&9XlOJP删mlm图1l和图12所示为具有不同品评口感的样品在水平、垂直两种放置方式受压时的应力一应变曲线。据小组品评结果，水平压缩时试样2的食用口感较好，垂直压缩时试样1的食用口感较好．图13和图14为水平、垂直两种放置方式在不同压缩速率时的应力一应变曲线．图15和图16为相同温度不同硬度的样品以相同速率受压时的应力一应变曲线．由图11一图1§可以看出完整形态河套蜜瓜果实准静态受压时具有的基本特征：图中每条曲线均能显示出应力一应变变化的四个拐点或特征点，即在受压初始阶 嚣河套蜜瓜流变学特性及储运损伤控制的研究段，应力逐渐下降会出现第一个拐点』I：，此后，应力开始增加直到出现第二个拐点s，应力又开始下降直到第三个拐点C，继续受压，应力再上升增加直到果实破裂，出现破裂点B·综上所述，在河套蜜瓜果实受压过程中应变持续增加而应力的变化规律为：下降一上升一下降一上升，直到破裂。田13各建隼下水乎压缩的应力一应变曲线圈14备速率下垂直压缩的应力一应变曲线25℃-8．9xl舟-Fig．13Stress-strainCurveunderdifferent衢℃—&9x1咖·F{‘14Stress-straincurveunderdifferentoadingrate(horizontalcompression)loadingrate“erticalcca：pression)拍℃吨9×lo．Pt-加／mln田15不周硬度样品水平压缩的应力—应变曲缝圈16不舟硬度样品垂直压缩的应力一应变曲线FIr15Stress-streinCurvoofthesuplesFi‘lOstreus-streinCurveofthesampleswithdifferentsttffnssa(horizontalcoapression)withdifferentstiffness(verticalcompression) 内蒙古农韭大学博士学位论文∞分析上述应力变化规律可知，当完整近球形形状果实受压时，压力和接触面积同时发生变化，初始阶段的力增加速率滞后于接触面积增加速率，因此在初始阶段应力里下降趋势．当压力继续增加，果实细胞表面积随之增加，细胞壁张力和膨压也提高．此时，其宏观表现即为果实受压应力逐渐提高．而膨压提高会破坏细胞液的渗透平衡，最终导致细胞分离解体，果实微观组织被破坏，其外部表现为曲线出现拐点S，这一点即应力一应变曲线中的生物屈服点“。m。受压果实进入屈服状态以后，由于细胞膜破裂和细胞之间的解体致使应力短时间内出现下降趋势，但随着果实继续受压，液体透过细胞膜，在逐渐增大的外力作用下，强制流动加大了对细胞壁的作用力。这时表现为应力重又上升，直到果实破裂*m．口感不同的果实虽然应力下降的最低点、生物屈服点以及破裂点位置不同，曲线有差异，但应力一应变的变化规律相同．因此，对于后续的机械特性参数的分析、试验因素差异性分析等内容不再傲口感品评方面的对比。通过对应力一应变曲线性状的分析，不但可以了解完整形态的河套蜜瓜受压过程中接触面积与压力同时发生变化的情况下应力的变化规律，同时在一定程度上可以反映出果实从受压初期直到破裂的整个过程中果实细胞微观组织的变化情况，为评估及预测果实因受压造成的损伤而提供依据。2．4．2机械特性参数的分析因为河套蜜瓜果实是软质物料，具有较明显的流变特性，压缩速率不同对果实造成的冲击效应就不同，致使果实在受压时吸收不同的能量，因而使其机械特性发生明显变化，但变化趋势与速率增加并不完全呈递增或递减趋势，这是因为随压缩速率增加果肉细胞内液体的粘性阻尼增大，承载能力提高。但如果速度继续增加，果实会出现局部细胞壁的动态脆性破裂，致使承载能力下降。试验结果见表3一表7。 30河套蜜瓜流变学特性及储遥掼伤控制的研究囊3不局量度象件下泻套蜜瓜木平受压的生物置艚极豫与变形麓Tmbl，3ThebiolOlEiCalyie}dforoe¨ddeforaing●herr／ofH●t¨muskmlon-ithdifferentteaperaturaunderhorizontalr∞llpreasion沮度爱度，℃／Xlo～-生物屈娘极限点，，■变形诧‘，，J压缩自臼酊-I，．iA压mt嗣[／,a／ml,∞40502040501303375654990．83．77．97．093220’3202∞0．41．93．92．777’19129528S70．4’1．94．64．25．59．87．14．711．8109147400303∞8．39013319T1605．550田80600．2O．11．1O．60．4囊4不同温度条件下河套蜜瓜垂直受压的生物露臆极限与变形麓3．21．20．82．51．2o．4Table4Thebiologi∞Iyi●IdforceanddoforninEenerlryofHetunmuskaelonwithdifferenttegllperlltureunderv●rtic-Ic旧wpresaiun谴度硬度，℃／xlo’．生物屈服糖限Z，，I变形钯别J压缩速率，_-，-itr；m羽l／；／m／,in2040502040509．8115∞25314630．62．55．4T．25。67．1嬲200．3053110．t1．63．83．T4．TTT19l’2752融0．31．63．42．211．88．35．石1001403402510．41．83．62．5831221712500．a1。0l。T1．T501091531450．20．71．00．8 内蒙古农业大学博士学位论文3l囊5不同鼍度条件下游蠢譬瓜受压的扬氏模量6，■’．Table5The1ronn‘’●Uod．1usofHetaomuslmelon-ithdifferenttomperaturel舶d．rcompression5．59．8T．14．T14．9816．0015．8115．00“．∞15．oo16．3017．006．007．857．65T．2020．3315．368．∞21．0016．OO10．0020．∞1T．018．∞埴．∞11．409．oo3011．829．0031．∞32．30∞．∞弛．3033．1034-20M．308．39．5410．9910．6010．0015．3215．4G15．1215．805．53．403．804．005．8T6．006．125．95裹6不同温度条件下河套窖瓜水平受压的破坏投阻与破坏能Table6ThebreakforceandenergyofHetaomskmIon-ithdifferenttaq)eratureunderhOrizontaIc_0elpra$|ion堰度锻，℃／xl内．壁避型!压缩速事，mm／mi：20304050∞【4611622530爱旧49Z4904003354304603∞堡竖笪型Z压缩建辜，-小in203040505．5309．8’．14．78．111．6lL212．86．97．87．14．27．69．86．611．69．58．T弱1621718嘲440488600614342∞14鼬3428．48．911．210．86．28．g11．2f．96．Z6．1lO．25．911．1柏2554681482f．28．912．3T．I8．9’4174285284964．66．18．2f．25．5’．3)63154873064．1t．9t．1．11．8妒o464630田o6·86·T8·lf·6‘8．3舛1420馏6014．66．1T．9，．55．51412032131521．60．03-51．6 32河套蜜瓜漉变学特性及储运损伤控制的研究寰7不同量度簧件下河套蜜瓜垂直受压的破坏极限与破坏麓Table7Thebrukforc4andeneriffofHetaoauskmionwithdiffere叶ta-eratureundervert；c●Ico—Orossi0(I2．4．2．1生物屈服极限‘与变形能以(1)温度、速率、硬度对C的影响由表3和表4可知，当河套蜜瓜果实承受静载压缩时，不论水平压缩还是垂直压缩，在同一温度内，对于相同硬度的果实，当压缩速率由20硼／min增加到40咖／min时，生物屈服极限E达到最大值，继续增大压缩速率至50舢／min时，E值反而减小．说明缓慢加载时生物屈服点出现较早，易使果实发生微观损，但E值并不随压缩速率增加而呈线性增长。同一温度内，当采用相同压缩速率时，较大硬度样品的厅相对较高，说明硬度越大越不易发生微观损伤。(2)温度、速率、硬度对彩的影响由表3和表4可知，各试验条件下果实受压的变形能以均有较一致的变化规律，即相同温度的样品，当硬度增加时以增加，当压缩速率由20姗／min增加到40叽／min时，各压缩条件下的样品彩均达到最大值，当速率为50ram／rain时，以又明显降低．说明随着压缩速率增加，果实受准静态压缩时吸收的能量逐渐增加，但压缩速率继续增加时，对果实的冲击超过其承受的极限值，局部组织发生破坏，使果实的最大允许变形量发生突降．对比表3中的三组数据：“25℃一硬度5．5×101啥”与。5．5℃一硬度4．7×10|Pa”。25℃一硬度8．9×lO审a”与“5．5℃一硬度7．1×10‘Pa” 内蒙古农业大学博士学位论文33。13℃一硬度6．7X105Pa”与“5．5℃一硬度4．7×loSpa”,从中可知，硬度略低且温度较低时的彬值大于硬度略高且温度较高时的以值，说明温度和硬度对变形能有交互性影响。(3)受压部位对厅的影响在低温段选择5．5℃与高温段选择251C为例进行比较，其余温度范围比较情况见附表1．由图17可知，不论加载速率大小，蜜瓜果实硬度越小，即成熟度越高时垂直压缩与水平压缩时的屈服极限值一差别越明显，且水平压缩时的E值明显高于垂直压缩时的C值。说明水平压缩果实进入微观破坏较晚。与垂直压缩相比较，内部损伤出现较晚。对比图17和图18可知，25℃时垂直压缩C值与水平压缩C值得差别比5．5℃时的差别大，即使在果实硬度较小的时候，这种差别也很明显。(4)受压部位对彩的影响由图19和图20可知，水平压缩时蜜瓜的变形能以大于垂直压缩时蜜瓜的口值，温度较高时差异更为明显。田175．5℃时不同部位屈服极限分布规律比较Fig．”Co一0arat：ionofdistributionofyieldforceofthe‘a∞lelindiffer(prltpositionn5．5℃田饽衢℃℃时不同部位启服极限分布规律比较Fig．18Comparationofdi●tributi∞ofyieldforceofthelample$indifferenpositionat25℃ 34河套蜜瓜流变学特性及储运损伤控钢的研究囝195．5℃时不同部位变形能分布规律比较Fi‘．19Comparationofdistributionofdeforminlenergyofthe●mlesindifferentpositionat5．5℃田20为℃时不同部位变形能分布规律比较Fig．20Comparatiollofdi$tributionofdoformingenergyofthesample=indifferenpositionat25℃2．4．2．2杨氏模量f(1)温度、速率、硬度对F的影响由表5可知，相同硬度蜜瓜在同一温度范围内，随压缩速率的增加，蜜瓜的杨氏模量￡虽发生变化但变化不明显且不呈规律性。同一温度范围内，当采用相同压缩速率时，杨氏模量明显随果实硬度增加而增加．以水平压缩速率40舳／min为例，将表中各温度段的硬度值进行排列，当硬度由11．6X10‘Pa减小至4．7X105Pa时，杨氏模量由32．30^口，a降低至6．OOMPa。说明杨氏模量明显受果实硬度的影响，偶有变化是由样品形状的不均匀性和整果硬度测量的不均匀性引起．加载速率对杨氏模量的影响不明显。比较表5中蜜瓜果实硬度相等或接近的两组数据：“13℃一硬度11．6X105f，a”与。30℃一硬度11．8X10‘Pa”“25℃一硬度5．5X105Pa”与。30℃一硬度5．5XlO"Pa”这四组样品的￡值分别为31．OO肝a．32．30彪k5．10职a、4．00HPa，硬度相等或接近时，温度不同，样品的杨氏模量值不同，温度较低时占值较大，说明温度对杨氏模量影响较明显。由于杨氏模量是果实受压过程中弹性变形范围内应力和应变的比值，它反映果实恢复变形的能力和果实的抗压性m‘一。上述分析表明，随河套蜜瓜果实的成熟度提高及储运环境温度增高，果实易发生变形且抗压能力下降，不利于储运期间保持果实品质。(2)受压部位对占的影响在低温段选择5．5℃与高温段选择25℃为例进行比较j其余温度段比较情况见跗表2． 内蒙古农业大学博士学位论文圈215．51C时不同部位杨氏模量分布规律比较Fig．21Comarationofdistributionofthe’rounE’sIlodulusofthesample$indifferentpositio．at5．513田2225℃℃时不同部位杨氏模量分布规律比较Fi|．22咖arationofdisiributionoftheYouns’●Ilodululoftheilampleejndifferenpo$itionat25℃比较图21和图22可明显看出，果实在水平压缩时的杨氏模量E小于垂直压缩时的情况，各压缩速率下E的差异相差不大。由上图可知不论在较高温度(25℃)还是较低温度(5．5℃)，相同温度内随硬度增大F值增大，低温时硬度越大，垂直和水平的F值差异越大，而高温时不同硬度果实的￡值差异相差不大。2．4．2．3破坏极限厅(1)温度、速率、硬度对尼的影响．由表6可知，水平压缩时，当压缩速率由20衄／min增加到40衄／min时，各温度样品的破坏极限随之增加并达到最大，但压缩速率继续增加时，厅又重新降低。这是因为随着速率的增加，果肉细胞内液体的粘性阻尼增加，承载能力提高，但速率过高时，出现细胞壁的动态脆性破裂，承载能力重新下降。较低温度时随硬度降低，尼值下降变化的范围较大，较高温度随硬度降低，尼值下降变化范围较集中．在同一速率下，较低温度较高硬度的破坏极限较大，温度与硬度对承载能力具有交互性影响。‘由表7可知，垂直压缩时，相同温度采用相同压缩速率时，随果实硬度减小其破坏极限值依次减小．相同温度相同硬度的果实，随压缩速率增加其破坏极限值持续增加，偶有变化可能是因为在样品挑选过程中的个体差异造成，说明压缩速率、温度与硬度对破坏极限均有显著影响。以上分析说明垂直压缩果实的破坏极限变化 拍河套蜜瓜流变学特性及储运损伤控制的研究特点与水平压缩时的变化特点有差别，这是因为果梗处的肉质与赤道部位的肉质硬度不同造成的．沿赤道一周从压缩初始点直到接触面不断增加的整个过程中，果实肉质硬度基本相同，而果梗中心点的肉质最硬，垂直压缩时随接触面积增加，肉质硬度发生变化，因此表现出垂直压缩与水平压缩破坏极限的差异性。(2)受压部位对E的影响圈船5．ST时不同部位破坏极限分布规律比较Fi‘23Goeperationofdiatributi∞ofbreakforceofthemI¨indifferentpoeitionat5．5℃圈2425℃时不同部位破坏极限分布规律比较Fi‘24CollparlltionofdinributionofbreakforceoftheeMiple|indlfferenpositionat25℃在低温段选择5．5℃与高温段选择25℃为例进行比较，其余温度段的比较见附表3．由图23和图24可知，在各加载速率情况下，水平压缩时的破坏极限凡值明显小于垂直压缩时的厅值，说明垂直放置时，果实由于果梗处纤维组织密集，表面抗压性较强，不易破裂，但因内部损伤较早出现，因此，破裂后切开观察其损伤情况，发现损伤体积大于水平压缩的情况。2．4．2．4破坏能￡‘(1)温度、速率、硬度对以的影响从表6和表7可看出，相同温度相同硬度的样品不论水平压缩还是垂直压缩，破坏能￡‘数值均受到压缩速率的影响，缓慢加载时破坏能较小．这是由于缓慢加载时果实的破坏极限值较小，因此缓慢加载时会使破裂时相对应的变形量加大，再结合生物屈服极限分析可知，相同温度相同硬度的果实当受压速率较小时内部微观组织较早出现破坏，导致破裂时的变形量较大，因此受压后果实的损伤体积较大．由表6和表7中以数值可知，温度为5．5℃的三组样品中，当硬度值由4．7X10sI)a增大至9．8×10‘Pa时，破坏能数量也随之增大，温度为13℃和25℃的破坏能情况与之相同。即随硬度增大，破坏能也增大．观察不同温度不同硬度果实的破坏 内蒙古农业大学博士学位论文能情况可知．温度对破坏能影响较明显，且温度和硬度对破坏能的影响有交互性．(2)受压部位对以的影响图255．5℃时不同部位破坏能分布规律比较Fig25ComparatiO#1ofdistributi∞ofbreakenergyoftheeamoIeeindjfferoRtpositiORat55℃囝2625℃时不同部位破坏能分布规律比较Fig．26ComparatiONofdierributjORofbreakenergyofthesamplesindifferenpositiORat25℃在低温段选择5．5℃与高温段选择25℃为例进行比较，其余温度段的比较见附表4。图25和图26均明显反映水平压缩时蜜瓜的破坏能小于垂直压缩时的情况，表明果实破裂时，垂直方向受压会吸收更多的能量，即垂直方向抵御破裂的能力较大。2．4．3差异程度及相关性分析采用SPSS数据统计分析软件MANOVA过程中的Scheffe语句进行多变量的差异数分析m⋯，，获得各试验因素及其交互作用对一，￡‘．f，只和以的差异程度以及各机械特性参数的相关性检验结果，分别见表8、表9。由表8可知，硬度及其与温度、速率的交互作用对上述五指标均呈极显著差异(显著水平<0．001)，对蜜瓜生物屈服极限、变形能、杨氏模量和破坏能等五项指标均呈极显著差异(显著水平<0．001)，速率对生物屈服极限呈极显著差异(显著水平<0．001)，温度对生物屈服极限呈显著差异(显著水平<0．05)，速率对变形能呈显著差异(显著水平<0．05)，其余均呈不显著。由表9可知，五指标之『白J均存在一定的相关关系，不相关概率耋0．005，其中生物屈服极限与变形能呈最高正相关(0．870)，杨氏模量与生物屈服极限和变形能 ∞河套蜜瓜漉变学特性及储运损伤控制的研究的相关性次之，破坏极限与生物屈服极限和变形能的相关程度最小(0．366、0．368)。囊8三日素殛交互作用影响差异的F位Table8Fvalueofsilmific=ntdiffarermesofthethreefactorsandt1．．irmutuaIaffect注：括号内表示差异影响显著水平裹9河套譬瓜备机械特性参数之阃的相关值Table9Oorrelationbetweenth郴hanicaIpropertyparametersofHetao_uslmelm2．4．4静载机械特性与品质指标的关系2．4．4．1品质指标测定结果与分析测定品质指标时采用25"C室温、压缩速率为40ram／rain的机械特性试验后相对应的样品。第一组、第二组和第三组样品的硬度值分别为5．5XlOr"Pa，8．9x]o"Pa和11．1xlOsPa．品质指标测定及相对应机械特性参数试验结果见表10．图27所示为品质指标含水量(∥功、可溶性固形物含量(厕和折光糖度(届功随生物屈服极限厅值的变化规律．三组样品测得的尼值分剐在208N-21IN之问、304N-307N之问和485N---488N之 内蒙古农业大学博士学位论文39问变化．由图27可知，在三个硬度组间比较，当厅值在硬度由高到低的三个区间变化时，含水量(—功相应从90．9％-88．麟、85．4％-85．3％到80．4％---78．3％---个段落闻变化并呈减小趋势，即随着河套蜜瓜果实成熟度增加，其含水量下降，这必然会引起果实细胞膨压的变化，引起外部机械特性的变化。与此同时，可溶性固形物含量(7鳓在6．3％一8．0％、14．7％-16．096到11．2％-13．35％之间变化。可见，TSS随硬度减小而增大，但硬度值继续减小，7嚣反而开始减小。因为硬度的变化是果实成熟过程中果实软化过程的反映，随硬度降低掰增加可能是由于水解酶的作用使蜜瓜果实组成的多糖被分解，造成两者之问的关联性一一．当硬度继续降低为5．5x105Pa，即果实接近过度成熟，这时果肉组织开始液化，营养成分有外渗趋势，致使TSS减小，这时食用品质开始劣化“‘一。折光糖度(兄S仍在9．4％-10．o％、12．3％-12．6％和9．0％-8．3％之间变化，与7SS有类似的变化规律。在同一硬度组内，五个试验的F，值差值微小，含水量(p功、可溶性固形物含量(7：卿和折光糖度(尼5仍变化均微，J、。‘2082092t02102113043053063074854864874∞■—组样品第二组样品第=--．m样晶，生物屠腿极限‘，N圈27鼻有不同居糠极限的河套蜜瓜品质指标分布规律Fi‘27ThedistributionofthetexturoJindexesofltetao_●k_Ionwithdiffere“t，ieldforce观察表lO中的数据可知，在上述同一个硬度组内，所测得的各机械特性参数值相差不大，但在不同硬度组，随硬度降低(从第三组到第一组)，五个机械特性参数值均呈减小趋势．通过对表10和图27的分析可知，河套蜜瓜的主要品质指标明显受果实硬度变化的影响，而果实硬度是其细胞膨压最直接的外部表现，因此，机械特性参数与上述品质指标有明显的关联性。m：韶和器嚣。 ∞河套蜜瓜流变学特性及储运损伤控镧的研究囊10品质指标潮定结果．T-bl●10TheresuItofthetextureIpropertyt●stofHetao-uoh_Ioff组剐试验号矗两—1舅—乏著，兰弓‰菊历≠L乌袅属12081．33．8盯67．28．313．380．t22091．‘3．8柏0T．‘B．I13．380．‘1l丑32101．‘●．1柏TT．1口．512．6e0．142101．53．口盯8B．88．口“．2T8．52组52111．iS3．g4896．9g．011．g7e．T14855．3粕．1盯812．‘9．5T．988．82‘8B5．‘28．口68412．8口．38．●88．83组3‘∞5．528．g∞l12．3g．8’8．189．64懈5．5拍．9∞212．8lO．28．191．654885628l672129g．‘6，390．92．4．4．2建立回归方程由图27和表10试验数据可知，河套蜜瓜主要品质指标与五个机械特性参数之间呈线性关系。因此，以室温25℃条件下、压缩速率为40哪／min，样品硬度为5．5×105Pa、8．9×105Pa和11．1×105Pa，并与机械特性试验一一对应的品质指标测定试验结果为例，建立机械特性参数与品质指标之间的多元回归方程为：其中：．y广哳光糖度月：形％乃—可溶性固形物含量7嚣％n广屈服极限厅N(28)娩．町‰～‰1：茈h鼢‰～‰一～一‰铀邓邵p弘 内蒙古农业大学博士学位论文41斫广畅氏模量FMPa毋广破坏极限尼N：rfr一破坏能玩J根据最小二乘法可得计算数值如下：LIl=333558．0，渊1．8，L。=1516．6，【4|_109154．2，1．《--92．2L。2=L21=3564．0，L13=L。。=20407．3，Ll产k1=261804．0，L，5=L5l=611．0L。=L==321．6，L。=L4产2122．0，L∞=t．．t|=59．7L3．=L廿：12296．0，L篇=I一=2146．7，L蛞：L萨3213．5LI，l=2023．8，Lm=2．2，L却-=48．3，k，-一535．0，b-=142．5Lt，产一1673．1，L2，2=一55．4，LⅢ=一286．5，乙，2：一3441，L日z=一92．9Lm=24369．6，k，3=107．2，Lm=644．7，L．，3-4619．5，b=157．4利用上述数值求解方程组(28)中系数a。、b¨，进一步求得各机械特性参数与品质指标之间关系的多元回归方程如下：(29)2．4．4．3显著性检验为了检验所建立的回归方程的正确性以及机械特性参数对河套蜜瓜主要品质指标影响的显著性，采用方差分析对其进行研究，检验结果见表11。怒一篆淼一嚣篡 河套蜜瓜流变学特性及储运损伤控制的研究寰11方差分析囊Table11Ther●suItofvatlanceanalysi●由F分布表查得，在置信度90％和95％时，其方差临界值为：凡。。(2，12)=6．93，Fo∞(2，12)=3．89。查得相关系数的最小值为：h．=o．741。因此由表ll可以看出，所建立的河套蜜瓜品质指标与机械特性参数的回归方程(29)是有意义的，而且均呈显著和极显著，在一定测试条件范围内，可通过机械特性参数进行蜜瓜果实品质的预测。，2．4．4．4机械特性参数对品质指标影响的主次判断在上述回归方程(29)中，偏回归系数b。，本身的大小并不能直接反映各机械特性参数对品质指标影响的相对重要性，这是因为偏回归系数会受到对应因素的单位和取值的影响，对其进行标准化可解决这一问题⋯．设偏回归系数b。，的标准化回归系数为P”(i=l，2，3；j=l，2，3，4，5)，其中：对于折光糖度尼砼bll-0．055。b12=1．954，bl产O．630。bio=O．013，b-5=0．823。对于可溶性圆形物7蹶b2。=o．005，b矿0．981，b4=o．467，bM：o．108，bffi=O．496．对于水分含量臌bs,=O．232，b矿3．095。b3r--O．750，b34=0．017，b3r--O．161． 内蒙古农业大学博士学位论文蚰Pi，的计算式为m：喇压(30，根据Pu的大小可直接判断机械特性各参数对品质指标影响的重要程度。由表11得知：L，¨=SS。=62．344，Lr矿SS,=146．489，L，矿ss3_266．037，根据公式(30)，标准化偏回归系数Pjj的计算结果见表12。裹12品质指标与机械特性参数回归方程的标准化偏回归系数计算结果’曲I·12Timstandardizedcoeffien∞ofregressiollequationofthetexturlllpropertyindexo=andthell∞J"larlicaIpropertyparameters根据表12所示标准化偏回归系数P。的大小，可以知道机械特性参数与品质指标关联重要程度的主次顺序为：穗亍RS&E>U，>Ub>R>％硒：．杨氏模量>变形能>破坏能>破坏极限>屈服极限。对于TSS=E>厅>玩>口>E，即：杨氏模量>破坏极限>破坏能>变形能>屈服极限。对于朋殳E>巧>E>玩>厅即：屈服极限>变形能>杨氏模量>破坏能>破坏极限．由偏回归系数标准化结果可知，弹性模量与可溶性固形物含量和折光糖含量的关联程度最显著，这与“2．4．2_的分析结果相吻合，即：杨氏模量明显受果实硬度的影响，而果实硬度是果实成熟程度的直接反映。随着河套蜜瓜果实成熟度提高，在水解酶的作用下，蜜瓜组成的多糖被分解，致使可溶性固形物含量发生明显变化．折光糖的变化与此类似。偏回归系数标准化结果同时表明，变形能与水分含量的关联程度最明显，可能的原因是由于含水量的变化必然导致果实细胞膨压发生变化，从而导致果实的弹性、粘性等发生变化，从而改变果实微观组织发生破坏而进入流动状态，其外部机械特 “河套蜜瓜流变学特性及储运损伤控制的研究性表现即为屈服极限和变形能的变化。．将表8中的果实硬度、加载速率和温度等因素对机械特性参数影响的差异性分析结果与上述标准化偏回归系数相结合考虑，根据本项试验的测试条件，得出回归方程(26)的适用范围为：室温条件下(25℃)、加载速率40m／min、蜜瓜果实硬度在5．5×105Pa·11．1×lOsPa之间．利用回归方程(29)，可通过上述测试条件范围内获得的机械特性参数进行蜜瓜果实品质的预测。2．4．5损伤体积与机械特性的关系2．4．5．1损伤状态及损伤体积测定结果河套蜜瓜在水平受压和垂直受压两种状态下，当果实出现破裂时，裂纹位置在赤道附近，裂纹方向总是平行于受压方向，如图28所示。a样品水平受压b样品垂直受压图2e河套蜜瓜压溃后的破裂位置与裂纹方向实物固田29未受压对照样品剖切实物图Fil．28TestedimagesofHetaomuskmeIonFig．29ThesectioNaIimageoforigiMI$allplecrackpositionandcrackdirectioll 内蒙古农业大学博士学位论文45a样品：龉℃，5．5×lO"Pa直径121一。形状系数巾=1．01水平受压，速率20m／sinC样品：25℃。5．5×lO‘Pa直径125一．形状系数●=1．Ol水平受压，速宰30m／ninb样品：25℃，5．5X10‘Pa直径125∞，形状系数m=o．98垂直受压，速率20J／mind样品l衢℃．5．5XICPa直径123-，形状系教●=1．02水平受压，40_／min e样品z25qC。8．9×10’h直径122m，形状系数十=1．06水平受压，速率30m／ming样品：25℃，8．9xlO‘Pa直径122_，形状系数●；1．03水平受压，速率501／minf样品l衢℃．8．9×l砷，a直径129_，形状系数O=0．98水平受压速率40ram／rainh样晶l荔℃，8．9×101PI直径128_，形状系教●。o．驰垂直受压，速率501／mln，田∞河蠢譬瓜样晶压溃后的剖切实物田Fis．30Thesectiorm!imajesoftheorackHeroNuskamlalsmplel 内曩吉农业大学博士学位论文47对比观察图30中蜜瓜的损伤面积(剖切平面上看到的是损伤面积)可知，相同硬度的果实，压缩速率较小时损伤的梯形面积较大，而且损伤向种腔外围蔓延，蔓延面积较大。对比观察图30可知，相同压缩速率垂直受压时样品的损伤梯形面积大于水平受压的情况，相同压缩速率时硬度较大的果实受压损伤梯形面积较小．以上图片显示的结果与前述试验数据的分析结果相吻合。裹135．5℃条件下的机械特性参数与损伤体积测定值Table13ThedamagevolumeandthellleoharlicaIpropertyparametersat5．5℃水平压绾垂直压缩．．∞∞73．36llii．616．21960一∞弱S5．882211．215．8l哪望塑!!：!§垫!Z：§!§盟虹Q∞930．4366B．914081150．．∞2201．9490T．814．801045∞3293．g420t8iS．16∞5轴3295．5400T．114．18958∞TT0．33807．88．90l篇4t．T30Ⅲg．1·647210-‘10·101228402733．‘61914．28．60I∞O∞2542．2嘲14口8．gg1128 稿河套蜜瓜流变学特性殛储运损伤控制的研究囊14幻℃条件下的机械特性参数与损伤体积测定值T曲I●14ThedmEevoltmeandthesechan；∞Iproperty芦ramtorsat25℃疆重■虞琏摹‘机挂特性参量撩伤体积：：!!=竺叠[亟噩亟二j冱玉!堕盆201050．t482T．2∞．012IlJl303002．5取8·。绉一ll柚488T．1∞l12．g29．0口∞水平压缩蠢直硝∞380‘．2坦7．1∞．el嘞∞50750．3309162I．03851941．14971680．854T3．95．57．510g566．i5．05．81543l伽I缃I瑚2．4．5．2部位、温度、硬度和加载速率对损伤体积的影响(1)部位、温度、硬度和加载速率对损伤体积影响的差异程度采用SPSS数据统计分析软件COMPAREMEANS过程中的MEANS语句进行部位、温度、硬度和加载速率对损伤体积影响的差异数分析，结果见表15。由表15可知，四个因素对河套蜜瓜受压产生的损伤均有明显影响。其中速率及速率与温度、部位的交互性作用对损伤的影响呈极显著差异，温度、受压部位(或受压方向)和硬度对损伤的影响呈显著差异，部位与温度的交互性作用呈显著差异，因为在试验过程中，样品的硬度不可认为设定，完全是实测值，因此与其它因素无交互性． 内蒙古农业大学博士学位论文囊15四因素对损伤体积影响的蔓异程度Table15I)if．feremce●i"ificantofthefoureffectiYefactors(2)部位、温度、硬度和加载速率与损伤体积的回归方程及显著性检验根据表13和表14在5．5℃和2512两种温度条件下测定的损伤体积试验结果，建立垂直和水平两种压缩方式时不同压缩速率、硬度与损伤体积之间关系的回归方程，结果见表16。裹18损伤体积与影响因素的回归分析结果Table"6TheresuftofregressiollanaIysisofdamageandeffectivefactors洼：表中变量Jr果实硬度(×lO‘Pa)，“一压缩速率(衄／丑in)，函数广一损伤体积(ou’)．由F分布表查得，在置信度9096和9596时，其方差临界值为：R。。(2，9)--8．02，F。*(2，9)=4．26。查得相关系数的最小值为：h。=0．697。因此由表16可以看出，所建立的河套蜜瓜品质指标与机械特性参数的回归方程是有意义的且均呈显著。结合2．4．5．2中关于温度、果实硬度、加载速率以及受压部位等因素对损伤体积影响的差异程度分析结果，根据本试验测试条件，得出此回归方程适用的范围为：温度5—25℃、加载速率20-40mm／=in、蜜瓜果实硬度在4．7--11．1×10‘Pa之闻．通过在上述测试条件范围内获得的机械特性参数，利用此回归方程可对河套蜜瓜果实受压的损伤状态与损伤程度进行定量预测和评估． 的河套蜜瓜流变学特性及储运损伤控制的研究2．4．5．3损伤体积与机械特性参数的关系根据表13和表14在不同条件下测定的损伤体积与机械特性参数试验结果，建立损伤体积与机械特性参数的回归方程及分析结果：回归方程的表达式为：5．5"C水平压缩：K=1750．92+0．99Fy-5．07Uy-0．55Fs+2．38Ub一34．45E(31)5．5"C垂直压缩：n=1290．53—2．03F,一36．56函+1．09而·51．32U1．一2．61E(32)25℃水平压缩：Vd=169L10—0．87Fy+26．85U,一0．22Fb·L58Ub·IL91E(33)25"(2垂直压缩：n=1557．37—3．80Fy+176．09砺+L40Fs一50．40Us-4．44E(34)囊”损伤体积与机械特性参数的回归分析结果Table17TheremtuItofregressionana|ysi0ofdamagevolumandimchanicaIpropertyparail_tera由表17可以看出，上述河套蜜瓜准静态损伤体积与机械特性参数的回归方程均呈显著，复相关系数均在0．9以上，因此所建立的回归方程是有意义的，可通过机械特性参数对河套蜜瓜储运过程中因受压产生的损伤程度进行预测。2．4．5．4偏回归系数的标准化在上述回归方程(31)一(34)中，偏回归系数b。本身的大小并不能直接反映各机械特性参数对品质指标影响的相对重要性，这是因为偏回归系数会受到对应因素的单位和取值的影响，对其进行标准化可解决这一问题m．设偏回归系数b。，的标准化回归系数为PI|(i=1，≈3，4；j．1，2，3，4，5)，计算 内蒙古农业大学博士学位论文Sl公式如下：胪Ib,,l压(35)根据如的大小可直接判断机械特性各参数对品质指标影响的重要程度．5．5℃水平压缩：Lt,=-238786．o，k，=-2676．2，L却=-116570．2，L，=3312．4，L5，-一6415．45．5℃垂直压缩：LI，=一229542．O，L≈=一2281．2，L3，=一150772．0，Lb=一176．5，L目=一1368．225℃水平压缩：L-，=一45520．7，L≈=-3093．8，L"=一137603．6，L‘，=一3126．5，L‘，=一78．525℃垂直压缩：Lt,=-194961．0，L唧-一2361．7，I．d,=486043．0，k一538．6．7，k一8994．05．5℃水平压缩：SS,=L,=316874．9，5．5"C垂直压缩：SSeL．，=172049．125℃水平压缩：SSeL,,=207664．4，25"(3垂直压缩：SS：L，，=353558．5因此，标准化偏回归系数P。。的计算结果见表18。襄18损伤体积与机械特性参数回归方程的标准化偏回归系数计算结果Table18Thestandardizedresressioncoecifficentofregressi∞equationofdae．ageVOItieandichan；caIpropertyparameters根据表18所示标准化偏回归系数Pii的大小，可以知道机械特性参数与损伤体积关联重要程度的主次顺序与果实温度、受压方向等有关，以5℃和25℃为例：5．5℃水平受压时，损伤体积与机械特性参数关联重要程度的主次顺序为：变形能>屈服极限>杨氏模量>破坏极限>破坏能。·5．5℃垂直受压时，损伤体积与机械特性参数关联重要程度的主次顺序为：，变形能>屈服极限>破坏能>破坏极限>杨氏模量．。25℃水平受压时，损伤体积与机械特性参数关联重要程度的主次顺序为： 52河套蜜瓜流变学特性及储运损伤控制的研究变形能>屈服极限>杨氏模量>破坏能>破坏极限．25"C垂直受压时，损伤体积与机械特性参数关联重要程度的主次顺序为：变形能>屈服极限>破坏能>破坏极限>杨氏模量。2．5机械特性差异的生物学原因植物细胞的基本结构由细胞壁和其内含的原生质两大部分组成。细胞质构成了原生质的主要质量，使生物体具有流变特性，如粘性、弹性、膨胀和收缩特性等。细胞中的液体可以使内部产生压力作用于细胞壁上，使细胞保持一种弹性应力状态，这种压力称为膨压，它是细胞内的一种静压力，它和细胞壁的弹性结合起来就构成了生物组织的流变特性mw。细胞壁保护原生质，抵挡着原生质的膨压，起着规范自身大小的作用。生物物料有机组织的力学特性主要由细胞壁决定，如弹性、刚度和强度都取决于细胞壁的结构和组成。细胞中的液体由细胞膜约束存在于细胞壁内部，因此细胞膜称为是细胞壁内液体的容器，因此在储运过程中，当果实受到不同程度的冲击力或静压力使其细胞膜发生破裂时，液体便会透过细胞膜，从而改变对细胞壁的作用力，即膨压发生明显的变化，从而导致果实的弹性、粘性等发生变化，其外部表现就是机械特性、蠕变特性等流变特性的变化“‘‘m。，河套蜜瓜果实细胞的细胞壁主要由纤维素、半纤维素和果胶质组成，这三种成分大致接近，总约占95％。纤维素是线性争1．4键连接的葡聚糖，纤维分子以微纤丝的结构形成于细胞壁内。微纤丝是纤维素分子之间以氢键相连的。在微纤丝形成过程中，半纤维素也起着重要作用。纤维素结构的变化与成熟果实的软化密切相关。在果实成熟期间尽管细胞壁半纤维素的含量只有微小变化，但凝胶过滤层析表明，半纤维素聚合物的体积显著减小．据初步研究认为这种半纤维素分子的变小很可能是由予某些较小的半纤维素分子的合成所致。果实成熟过程中的半纤维素变化可能是果实品质变化的原因之一，进一步导致果实力学特性的差异m”·‘nm。果胶酸含量变化将影响河套蜜瓜品质风味的变化，而果胶是构成细胞壁的主要成份之一．有研究表明，多聚半乳糖醛酸酶(PG)和13．一半乳糖苷酶是河套蜜瓜细胞壁果胶层被破坏的主要原因，而PG与B一半乳糖苷酶与储运过程中果实的呼吸强度等有密切关系mw，因此不同的储运条件，如果实硬度、温度、载荷冲击和挤压等均会造成PG与B一半乳糖苷酶的变化，导致果胶层被破坏，使细胞壁结构发生改变，外观上可表现为果实流变特性的改变m”一n一．2．6小结。1)结合实际储运情况对完整形的河套蜜瓜进行了准静态压缩试验，获得了完整近球形蜜瓜果实的应力一应变曲线和力一变形曲线。由应力一应变曲线反映出完整形 内蒙古农业大学博士学位论文53IRSC=26．817．0．055F,+1．9．54U+D．卯DE．D．013F,-n823UlTSS=58．927．o．005F,+0．981U，+o．467E-o．108F,+0．496U-IWC=72．092．i095U+D．7j坦+口．017F,+o．161U H河套蜜瓜流变学特性及储运损伤控制的研究3河套蜜瓜静载蠕变特性研究河套蜜瓜果实在预压过程中表现出明显的粘弹性，即在载荷施加的瞬间，果实产生瞬时变形，载荷恒定时，随时间延长变形逐渐增加直至恒定，卸载后，一部分变形立即恢复，另一部分变形缓慢恢复并存在不可恢复的永久变形量“““w。蜜瓜的粘弹性是其本身固有的特性，在外力作用下即表现出瞬时变形、延迟变形、变形恢复以及不可恢复的残余变形等蠕变现象，这些蠕变行为将破坏果实组织细胞液的渗流平衡，导致果实损伤mm。加之河套蜜瓜属于呼吸跃变型果品，蠕交损伤必然增强其呼吸强度，加快果实后熟过程，即加快了果实软化的进程，这样不但使果实原有风味发生改变，最终引起果实腐烂变质，同时也会缩短果实的有效储藏时间，造成一定的经济损失。针对上述情况，为能有效解决实际储运中因承载损伤而使品质下降的问题。结合实际储运条件对tl然完整形态的河套蜜瓜样品进行蠕变特性研究，在蠕变试验基础上，运用能够直观反映蜜瓜果实承载过程中粘弹性的虚拟样机技术在ADAMS软件平台上建立河套蜜瓜果实静载蠕变仿真模型，获得主要蠕变特性参数和本构方程，分析各试验因素对蠕交特性的影响，建立影响因素与蠕变特性参数的回归方程，为预测和无损判定储运期间因静载引起的蠕变损伤、选择合理的储运方式提供理论依据。3．1试验指标蜜瓜的粘弹性是其本身固有的特性，在外力的作用下表现出瞬时变形、延迟变形、变形恢复以及变形恢复的难易程度等现象。同时考虑到储运过程中蜜瓜果实是以完整形态存在，当载荷增加时接触面积也在不断变化，因此适宜以力一变形一时问为参量研究其蠕变特性“一．因为瞬时刚性系数Ⅳ，，延迟刚性系数口，以及粘性系数．17。，露，分别决定粘弹性材料的瞬时变形量、可恢复变形量与永久变形量，延迟时间7k则反映受试样品的蠕变规律，当&，较大时，蠕变较慢，当名，较小时蠕变较快mn一。因此本章将JIf．F。J7，，呀，以及矗，作为目标参数研究其蠕变特性．3．2试验样品和测试系统3．2．1试验样品供试河套蜜瓜采自内蒙古临河市乌兰农场，俗称“华莱士”，属于非网纹状厚皮蜜瓜品种。为尽量减少果实差异，在同一种植田里由果园果农评定后，选择形状均匀、直径大小在120-130m、重量在0．6kg一0．8kg之间无损伤、无病虫害的果实．采收时果柄剪成。T”字形。当天运回试验室，再进行二次挑选，确保差异最小．试验前不做任何处理，只根据果面变化和硬度情况按照试验方案设计将样品分组．分别放置在不同温度环境中进行试验测定． 内蒙古农业大学博士学位论文骚3．2．2测试系统测试系统组成：ZPO-400智能气候培养箱(哈尔滨东拓科技开发有限公司)，GY—l果实硬度计(牡丹江市机械研究所)，自制试验台、NS-IPf03直流位移传感器(上海天沐自动化仪表有限公司)、MR一30C磁带记录仪(日本)，B＆K2034信号分析仪(丹麦)、计算机、数字电压表等．测试系统框图如图3l。用电压表监测蠕变试验过程。蠕变位移信号经位移传感器记录在豫一30C磁带记录仪的第5通道。将磁带记录仪上记录的信号送入B＆I(2034信号分析仪，考虑到采样频率和试验数据的精确度，采样周期选择T=O．0625s，将磁带记录仪上的信号采样后，利用位移传感器的标定方程进行转换得到蠕变过程的位移变化，将其与采样时间对应得到试验蠕变曲线。考虑到蠕变试验会受到试验环境温度、湿度的影响，试验在恒定室温度下集中进行，相对湿度为65％田31蠕变测试系统框图FlI．31Sch∞aticdiagrmof=ysteBofthecr唧te=t3．2．3位移传感器的选择殛标定位移传感器主要用于测量河套蜜瓜样品受静载时的变形信号，所测样品变形量属于小变形，选择上海天沭自动化仪表有限公司生产的NS-IPl03直流位移传感器。该传感器量程为50m，线性度误差小于0．2％，输出电压为O～IOV。位移传感器为新购置产品，出厂时带厂家的标定书，标定结果见表19． 河套蜜瓜流变学特性及储运损伤控制的研究寰19。liS-ffY03直流位移传毫嚣标定结果．Table19TheresuItofdemarcat；ngdeformationSORsorofNs4rf03type将标定结果进行曲线拟合，得到NS-吖03直流位移传感器的加载标定直线方程如下：Y=O．005x一0．031(36)震2=0．999式中：广标定时的标准位移咖工一位移传感器的电压输出值mv足L相关系数3．3试验方法3．3．1因素与水平果实硬度大体可反映出一定的成熟度，成熟度不同果实的力学特性就明显不同，因而受压时损伤程度也不同。果实体温必然直接影响果实细胞液的渗流和水分蒸发，影响一些高活化能反应的进行，从而改变组织的力学特性mnw。根据果实受外力时吸收能量的观点，不同载荷使果实受压时吸收不同能量导致果实受损程度不同“‘‘”。基于上述考虑，将硬度、温度和载荷作为试验因素，试验因素与水平见表20。衰20蠕变试验因素与水平Table20TheeffectivefimtorsandtheirlevelsofereepexperilmntABC载荷硬度温度型』兰．!!丝』兰l22实5℃—6℃24512℃一13℃356溯24B25℃46730℃il℃．578值硬度测量采用GY一1型果实硬度计取不同温度时的对照样品进行。测量时将对照 内聚古农业大学博士学位论文57样品从赤道部位横切，沿赤道一周并距外果皮5mm出均匀测量lO个点，取平均值，以×lOSPa表示。硬度值越小。表明果实成熟度越高，反之，硬度值越大，果实成熟度越低．温度各水平是参照该品种蜜瓜常规采用的储运温度而取值的““m．载荷值是以预压试验中果实的受损情况为依据并结合实验室条件而选择的。加载装置的重量已包含在载荷中。由于河套蜜瓜的各向异性将导致试验数据的离散性较大，因此同一试验因素与水平组合重复试验10次，如果多次重复试验数据服从正态分布，则取其算术平均值作为该组等精度试验数据中的最佳数据w。试验采用平顶压头并将瓜梗水平放置“m。为更好反映试验结果，按照完全试验方案进行蠕变试验m”。以试验曲线为依据建立ADAMS仿真模型，并验证其合理正确性，运行该模型可获得各试验条件下的蠕交特性参数。静载试验在自制的蠕变试验台上进行，测试系统框图见图31。3．3．2采用虚拟样机技术创建^DA№蠕变仿真模型ADAMS软件是由美国∞I公司开发的，是目前使用范围最广的机械系统动力学分析软件。它将强大的分析求解功能与使用方便的界面相结合，利用交互式图形环境和零件、约束、力库建立机械系统三维参数化模型，该软件使用起来既直观又方便，还可满足专业化用户的需要。ADAMS软件的核心算法是矩阵运算和微积分算法．矩阵运算完成几何模型的创建以及执行模型的运动仿真，微积分算法完成动力学方程的自动生成以及准确地求解动力学方程。分析类型包括运动学、静力学和准静力学分析，以及非线性动力学分析，包含刚体和柔体分析。可预测机械系统的性能、运动范围、碰撞、峰值载荷和计算有限元的输入载荷，自动输出位移、速度、加速度和反作用力，结果显示为动画和曲线图形。ADAMS软件由若干模块组成，分为核心模块、功能扩展模块、专业模块、工具箱、接口模块五类，其中基本的解题程序模块为AD枷S／view、ADAMS／Solver和ADAMS／PostProeessor，其它是特殊场合应用的附加程序模块⋯”。首先利用ADAMSl2．0软件提供的建模工具对具有粘弹特性的河套蜜瓜受静载情况建立ADAMS仿真模型，仿真建模流程图见图32。 河套蜜瓜流变学特性及储运损伤控崩的研究圈32仿真建槿流程Fig32Processoffoundationof●oinulatedmode3．4结果与分析3．4．1静载蠕变试验结果图33所示的变形一时间曲线是以静载荷为45N、分别处于四个温度条件下的不同硬度样品的蠕变试验所获得的变形一时间曲线。t5℃对的皤变特性曲线b13℃时的蠕变特性曲线 内蒙古农业大学博士学位论文U-●^●^●-●^●ILl"u^●t●时■，Iic25℃时的蠕变特性曲线d30℃对的蠕变特性曲线围33相同载荷(45N)受压时河套蜜瓜的蠕变变形曲线Fig．33ThecreepcurveofHetao触sloneIonsunderthe●湘loading由图33a-图33d可以看出，河套蜜瓜果实在静载作用下表现出明显的粘弹性，即在加载瞬间，果实产生瞬时变形，载荷恒定时，随时间延长变形逐渐增加直至恒定，卸载后，一部分变形立即恢复，另一部分变形缓慢恢复并存在不可恢复的永久变形量。河套蜜瓜的粘弹性是其本身固有的特性，在外部载荷作用下表现出一定的蠕变行为。比较相同温度条件下不同硬度样品的蠕变曲线可知，硬度越大，蠕变的最大变形量越大，残余变形量越小。在图33a-图33d中任选两组温度可以看出，温度越高，蠕变的最大变形量越大，而且变形达到恒定时所需的时间越长，即延迟弹性变形增大，相应地瞬时弹性变形减小，意味着蠕交时阉延长。随温度提高，可恢复变形量逐渐减小，恢复变形时闯逐渐延长。3．4．2创建静载蠕变模型并获得本构方程为了直观、深入地了解蜜瓜受压过程中的蠕变特性，以上述试验为基础，利用ADAMSl2．0软件提供的建模工具对河套蜜瓜受静载情况建立仿真模型。根据图33a-图33d中试验曲线所表现出的明显粘弹性，将样品抽象为由三个拉压弹簧一阻尼器组成的元件，每一个弹簧一阻尼器的两端加以挡片，设挡片总质量为供试样品的质量，用弹簧描述果实产生瞬时变形的瞬时刚性，用阻尼器描述使果实产生永久残余变形的粘性，用拉压一弹簧阻尼器描述使果实恢复部分变形的延迟刚性，这样就得到了蜜瓜果实受压的AD／扭IS仿真模型n一，建模过程及模型运行界面见图34．通过运行仿真模型可以直观地反映出蜜瓜果实承载时的粘弹特性。 60河套蜜瓜流变学特性及储运损伤控制的研究田34／∞AllS仿真模型厦蔫量过程界面圈箱曩变仿真模型的检验过程Fig．34Interfaceofsimulated=odelandmeasuringprocessFig35processofverifyingADAIISiiiode上述仿真模型，如采用图33b中试验曲线“13℃-5．7×10s户妒45旷．在ADAMS软件中采用STEP子程序来定义加载和卸载过程，通过回代刚性系数和粘性系数修正仿真曲线，当仿真模型曲线与试验曲线相对误差40．5％时，仿真模型曲线即与试验曲线高度拟合⋯。蠕变仿真模型的检验过程见图35．图36和图37分别为试验曲线和ADMiS仿真曲线加载和卸载阶段的变形～时间曲线。图中“ADM,IS-model—curve一是根据是D_AMS模型的坐标下测量获得的。蠕变试验曲线和ADA粥仿真试验曲线两种过程加载、卸载相对应时间的数据采集点比较结果见表2l、表22。点墨qR／,圈3B加载阶段仿真模型曲线和试验曲线对照FIe∞Ccmarati∞theexper|mentaICurvemithlilulat“lmodelcurveLlll"derIoadinl‘ 堕茎查窒些查兰堡主兰垒堡塞!!·‘，一时I胃／譬圈37卸载阶段仿真模型曲线和试验曲线对黑Fit37Comparationtheexperimenta|curvewithsimulatedmodelcurve8fterremovinl[10ad衰21加载阶段仿真模型位移量与试验变形量的比较Table21ComparatiOllexperiimtYtaIdeformatioftwithdispJacemntof●imulated-od．IunderIoad持续时闻／5n711．Ol1．67矗059．髓l毛惦瓤∞孤∞3仉∞拍．街|o．1l扼∞50．0659．∞6吼∞模拟藏据／mo．7601．2301．750互32804862．550五55lt560幺5602-5802．58005802．580互580试验致M／m0．7601．2301．750复330乞500乞姐2．55605鹋2．铀82．5892589乏5892．589绝对最差／-00o．002o．004仉004n晰0．0080．0∞n009o．啷0．009o．009乱009o．009相对误差^0．00o．080．16n15仉190．31乱34仉340．34n340·34表趁卸载阶段仿真横型位移量与试验变形量的比较Tabl·22Coq9aretionexperimuntaIdeformltiOrlwithdlsplaceaefltofslmulated-kxleIafterrellllOVingIoad持续J．|lil／s59．4260．0360．1560．5161．oo65．Ol70．1274．妇80·∞85·Ol89．13孵79模掇教据，-z580&250毫025I．7501．506o．521仉390m3∞o-130o-l∞玑l∞0·100试验数据／-2．5892．250z0251．7501．踊n523n3鸵o．3S1n13lo．101o．100绝对谩差／mn00900．002o．00"2n0020．001n001相对误差／ln340Oo．13n51o．勰n祁饥∞O0分析表21和表22可知，相同采样点所得的试验中变形量数据和仿真模型测量位移数据差异不明显，微小差异是由于刚性系数和粘性系数回代过程中二次样条曲线拟合的误差和数值省略引起的计算误差导致的．卸载阶段与加载阶段相比相对误差较大，这是因为卸载段的变形量极小导致的。显然，仿真模型是合理的·这样可 匏河套蜜瓜流变学特性及储运损伤控钥的研究得到由ADAMS模拟的Burgers蠕变模型(见图38)及其本构方程如下：加载变形过程：。例；而“J一茹)壶+吉+寺卸载恢复过程：D何：而((--。)xe。T‘型,v。一Il_eTM)+与卸载恢复过程：D何2而((。面+}舯5=o(t)--期!芝t哪N7_．～，。静!陪——恒定载荷专：古龆生艟一f—作用时间s叫!：⋯⋯野赫_，．p厂刚性系数肜缸f————’J7J，J7厂．粘性系数成s／m‘翻38鼬’p7。模型7_一延迟时间。厶：TI_．ZFi938B1“8““。翻m(37)(38)回代ADAMS仿真模型中的弹簧和阻尼器的刚性系数、阻尼系数并运行模型，使模型曲线与试验蠕变变形一时间曲线高度拟合，因此所建立的仿真模型合理正确，通过运行ADAMS模型，可直观观察河套蜜瓜果实在各种条件下蠕交特性的变化规律并由此获得相应的蠕变特性参数，模型中的每个弹簧一阻尼器的刚性系数和阻尼系数即为相对应蠕交试验中的瞬时刚性系数_。粘性系数目。延迟刚性系数■，和粘性系数t／。通过本构方程计算获得蠕变延迟时间L，．以样品承受45N静载试验为例，所获得的蠕变特性参数值见表23和表24，其余载荷时的蠕变特性参数仿真和计算结果见附表。寰笱不同影响因素秉件下河套皇瓜样晶的蠕变特性参数1Table23Creeppropertyparameters1ofHetaoauskmIonun“rdifferenteffectivefactors蠕群玉芒}■监参数，．聂ii■焉翥嚣}—i瓦。咖．i＆ii三坠}菽五；：—z磊n． 毒；：3l：薹0内蒙古农业大学博士学位论文63衰24不同影响因素条件下涛套蜜瓜样品的蠕变特性参数2Table24Creeppropertyparmmters2ofHetao_usI‘_eIonullderdifferenteffectivefactors蠕变特性多数试鲨因蠢2§Eso"C7．6Xlo"·52xlo’·4．8xIOlP^8．3x10"·56×10"P．56Xlo’．为方便直观观察不同因素下蠕变特性参数变化规律，部分结果以图39-图4l形式给出。3．4．4硬度、温度及载荷对蠕变特性的影响由于试验样品硬度是客观存在的，不能人为设定，但从试验中实测硬度值来看，硬度、温度以及载荷对河套蜜瓜样品的蠕变特性均表现出明显差异。3．4．4．I对刚性系数的影响由图39可知，在相同载荷作用下，随硬度减小刚性系数∥，值均呈逐渐减小趋势，但在不同温度条件下，_，值减小幅度不同。5．5℃和13℃时F，减小幅度大，随后基本不再发生变化。而室温25℃时随硬度减小∥，一直呈下降趋势。分析试验结果可知．当果实硬度相同温度不同时，随载荷变化延迟刚性系数掣，变化不确定。在样品硬度和载荷相同的情况下，较高温度与较低温度时样品的Ⅳj值相近，变形恢复较接近。—h22、—-●一I轧7．258tIIJl瞳／105PI遗：黧L‘tl＆7U／io"kg扣馨I●ln5¨L●t2‘I娃，ln～-4-练-．．e-删-4-5硪-"Jr-‘雨-e．．-强i-5℃时样品受压的p，分布规雄b13℃时柞品受压的p，分布规律c。{℃时样品受压的p，分布拽律豳39具有不同硬度的样品在不同温度时刚性系数p，的分布规律Fig39DistributionofstiffnesscoefficientHJofthefruitswithdifferentstiffness 64河套蜜瓜流变学特性及储运损伤控制的研究3．4．4．2对粘性系数的影响由图40可知，相同温度相同硬度的样品当载荷增大时，I／，变化不大，但随硬度降低，J7，明显降低，表现为果实受压永久变形量增大．比较不同温度在相同或相近硬度时的情况，对比图4b中硬度为7．6×105Pa和图4c中硬度为7．6x105Pa样品的口，值可知，较低温度时的露，值大于相对应较高温度时的．17，值，说明低温情况下果实受静载时的永久变形量小于高温时的永久变形量，交形恢复较接近。■120∞；)Oral!㈣墨一型4000善Ⅲi。洲18000i篓嚣著0+221c+{孙k～燕7．66．I5．7夏度q01Pa；姗i删i黧；‘00。0§三囊t66．Zt8硬度／10ha5℃时样品蹙，k的口，分布墁雒htyc时样品受压的_，丹带规律c25℃时佯品受鹾的口，分布槐雄围40具有不同硬度的样品在不同温度时粘性系数盯，的分布规律Fig40Oistributionofviscocoefficient目，ofthefruitswithdifferentstiffnessunderdifferenttemperatureconditions3．4．4．3对延迟时间的影响由4l可知，不论温度高低，随硬度减小，R，均明显延长：随载荷增大，尼，也相应延长：不同温度的样品，当硬度相同或相近且承受相同载荷时，温度越高，咒，越大。曩，决定蠕变速度，凡，值较大，蠕变缓慢，蠕变变形不易控制，同时结合表3，说明成熟度较高、温度较高且承受较大载荷时，果实变形较大，易发生蠕变损伤。+4“。--4--铀’≥十h7、=+”i墨毫-·--“N．．————．．———一●Le&li7艇艘Idht●t2t■簟懂一1dh托5℃时样品蹙JK的h分布规律b．I：l℃H|蚪商量璀的￡，，分布规律c拍℃时样品量H；的^，分布规雄豳41具有不同硬度的样品在不同温度时延迟时问TⅢ的分布规律Fig．41OietributionofdelaytimL，ofthefruitlwithdifferentstiffness 内蒙古农业大学博士学位论文65以上分析表明，成熟度较高的河套蜜瓜瞬时刚性小，在储运过程中果实承载时瞬时变形较大，但在低温储运时瞬时变形不会随成熟度提高而持续增加，而较高温储运时随果实成熟度提高瞬时变形则持续增加。低温果实承载时的永久变形量小于高温时的永久变形量。因变形恢复量受温度变化影响不明显，为减少永久变形对果实造成的蠕变损伤，当果实成熟度较高时，应采取低温减轻重压的储运方式。当果实成熟度较低时，从储运的经济性考虑可适当提高储运温度，但需减轻承重，以免蠕变变形持续发生。．3．4．5温度、硬度、载荷对蠕变特性参数影响的差异分析采用SPsS数据统计分析软件姒NovA过程中的Scheffe语句进行多变量的差异数分析“m，获得各试验因素及其交互作用对蠕变特性参数的差异结果见表25．由表25可知，硬度对掣n日，，露t，％呈极显著差异(差异水平<0．01)，温度对刁。．目，和乃。呈极显著差异(差异水平‘0．01)，对_，，掣，不存在显著性差异。载荷对芦，，咒，呈显著差异(差异水平<0．05)，对掣，和J7，，／／，不存在显著差异。由于试验时低温的样品硬度分别低于较高温对应等级的硬度，因此不能进行温度与硬度交互性差异分析。通过差异性分析结果可进一步说明了河套蜜瓜的成熟度对蠕变特性的明显影响，同时，温度明显影响永久变形量和蠕变速度，而载荷明显影响瞬时变形和蠕变速度，与前述分析结果相符。一表25三因素及交互作用影响差异的F值Tsble25FvalUeofdifferencebetweenthethreee仟ectivafaGtorsandthe；rIIIUtU8leffect洼：括号内表示差异影响显著水平3．4．6蠕变特性参数对蠕变曲线的影响河套蜜瓜具有粘弹特性，由ADA_(S仿真所建立的模型是典型的四元件Burgers 66河套蜜瓜流变学特性及储运损伤控镧的研究模型．试验中的粘弹特性和蠕变过程可抽象为四元件伯格斯模型的粘弹特性和蠕变过程．，．将蠕变特性参数带入四元件伯格斯模型的加载和卸载阶段曲线方程，以温度为13℃、硬度为7．6×lO"Pa并承受45N静载荷样品的蠕变特性参数数值作为对照，在其它参数不变的情况下分别改变瞬时刚性系数／J．、延迟刚性系数p，和粘性系数露。呀。可获得不同形状的蠕变曲线。图42是在其它参数不变的情况下，改变瞬时刚性系数_，而获得的蠕变曲线加载阶段和卸载阶段曲线比较．图中曲线^为原对照曲线，曲线B为变化后曲线．由图42a可以看出，蠕交加载阶段随着瞬时刚性／J，的增加交形量减小，瞬时刚性芦，大的蠕变曲线是将瞬时刚性∥，小的曲线向上平移一段距离，曲线基本形状不发生变化，即弹性变形速率不交。瞬时弹性_，对蠕变曲线的影响表现在加载瞬间，由四元件伯格斯模型加载阶段变形与时同的公式也可看出瞬时刚性／J，的增加会导致变形量减小，也即果实弹性大抵御变形的能力就相对较大。卸载后，曲线B初始变形小，对照曲线A的初始变形大，但很快两曲线变形达到相同。由图42b可以看出，说明瞬时弹性／J，的大小只影响蠕变加载阶段，对卸载阶段变形恢复的影响不明显。瞬时刚性代表了果实弹性的一部分，当加载力在弹性范围内，弹性不会使果实产生永久性变形，加载瞬间产生变形，卸载后变形迅速恢复，相同载荷下变形量的大小与刚性系数成反比．耐Ⅳ‘Wl／．a加载阶段蠕变曲线变化比较b卸载阶段蠕变曲线变化比较叠42瞬时崩性系数∥，对■銮曲线的髟晌曲线A对照(13℃-7．OXloIP¨5吣I一，=3．3x10～／=曲线Blp，=4．3XIO"N／IFig．42Th．effectofinstantaneousstiffnesscaqrfficientp．∞thecr埘curvo}嘉_■ 内蒙古农业大学博士学位论文678加载阶段蠕变曲线变化比较帽^b卸载阶段蜡变曲线变化比较圈43延迟剐性系数声t对蠕变曲线的影响曲线A对照(13℃一7．6xldsPa一45N)t口产2．22X10．N／=曲线B；P2=3．22x10．H／_曲线C{■j=I．92×1o．H／_Fig．43TheeffeGtof曲laystiffnesscoefficientp．ollthecreepcurv●图43是在其它参数不变的情况下改变蠕变延迟刚性F。获得的蠕变加载阶段和卸载阶段曲线比较。图中曲线A为对照曲线，曲线B和曲线e分别为增大和减小P，后的曲线。由图43a可以看出，蠕变加载阶段，加载瞬间两曲线变形量相同，随着时间的增加，延迟刚性P，大的变形速率减小，延迟刚性p，小的变形速率增大。由图43b可以看出，延迟刚性II：增大，蠕变达到的最大变形量减小，延迟刚性_，减小，蠕变达到的最大变形量反而增大。卸载后，三条曲线达到永久变形量的速率不同，即变形恢复速率不同，F，较大的曲线B变形恢复最快，p，较小的曲线C变形恢复最慢，但最终三条曲线的永久变形量是相同的。说明延迟刚性不但影响蠕变的最大变形量及达到最大变形量的速率，而且影响变形恢复的速率，但不影响果实静载蠕变的永久变形量。瞬时弹性p；与延迟刚性_，均代表果实的弹性，在相同静载荷作用下变形量的大小与刚性系数成反比，但瞬时刚性∥，与延迟弹性p，在受力后对蠕变过程变形的影响不同，这是由于延迟刚性∥，受到粘性J7，的制约，加载后并不迅速产生变形，而是随着时间的增加缓慢产生变形。逞I_斟 河套蜜瓜流变学特性及储运损伤控制的研究all／sa／,^加载阶段蠕变曲线变化比较·b卸载阶段蠕变曲线变化圪较田44钻性系数口，对蠕变曲线的影响曲线A对藤“3℃-7．6×IO"Pa-45N)l叮，=4．70xIO’N．s／u曲线BI盯，=2．70×伯啊，s／IFig．44Timeffectofvi●∞coefficientn"OlltI"．creepcurve’曼童时■妇片胃，，a加载阶段蠕变曲线变化比较b卸载阶段蠕变曲线变化比较·固45轱性系数曩，对蠕变曲线的髟响曲线^对照(13℃-7．6X10SPa-45N)t町严2．01xIo"x．s／m曲线6z曩产1．61XlOSN．8／曩Fi‘船Theeff∞tofViIGOc“ffficientq，onthecreepcurve图44是在其它参数不变的情况下改变粘性J7。，获得的不同的蠕变曲线加载阶段和卸载阶段比较。图中曲线A为原对照曲线，曲线B为可，降低后的曲线·由图44a可以看出，在其它参数不变的情况下，当粘性系数露-降低时，加载阶段和卸载后蠕变恢复阶段变形量都会随之增加，但与日，值降低的幅度相比较，变形量变化的幅度很小。从加载阶段曲线形状看，粘性系数昭，在加载瞬间不产生影响，加载时间延长时，粘性可，大的变形反而慢，产生的最大变形量相对较小。由图44b可以看出，卸载后，两曲线的以相同速率恢复变形，粘性系数日-值较大的恢复后的永久变形量相对较小。粘性町，与粘性坷，均代表果实的粘性，两者受力后都会产生缓慢的变形，粘性系数越大，表明果实细胞液的流动性差，粘滞阻力大，受力传递速率减弱．受力变 旦鍪堇壅些查兰堡主兰堡笙塞形减小．粘性J7，与粘性口，两者对蠕变过程中变形的影响不同，这是由于粘性目，受到延迟弹性P，的制约，加载阶段产生的变形，卸载后能够得到恢复。ItlJ／SHfllsa加载阶段蠕变曲线变化比较b卸载阶段蠕变曲线变化比较田48延迟时问对蠕变曲线的影响曲线A对照(13℃一76xlo，Pa．45N)：k1=12e曲线B：％1=1256s曲线C：7k1=12．56sFig柏TheeffectofreIaytimL一∞thecreepcurve延迟时间70=卫，∥，和叮，的变化均会引起延迟时间L，值发生变化，进一步“2引起蠕变曲线形状的变化。不，值增大来源于三种情况：①．17，，F，同时增大，町，增大幅度大于掣，，导致死，增大?②r／?，∥，同时减小，q2减小幅度小于Ⅳ，，导致T。。增大；③．17。增大而_，减小，导致名，增大。上述三种情况中7：、，值减小也来源于三种情况：①口j，口，同时减小，．17j减小幅度大于P，，导致囊，减小；②叮j，Ⅳ，同时增大，q2增大幅度小于∥，，导致死，减小；③町，减小而∥，增大，导致咒，减小。图46中曲线A为对照曲线咒F12．00s，曲线B和曲线C均为兄一值增大后蠕变曲线，但咒，增大途径不同：B曲线(兄尸12．56s)是当厅。增大、掣，减小而导致兄，值增大时的蠕变曲线，C曲线(凡，--12．56s)是当町，由2．64×105N．s／m降至2．0lXlojN．s／m(降幅23．7％)，而F，由2．2×104N．s／m降至1．6×10‘N．s／m(降幅27．3％)，从而导致咒，值增大时的蠕变曲线。说明单从延迟时间值的大小变化并不能很好地反映蠕变曲线特征的变化，而应该对引起延迟时间变化的原因进行分析才能更完全地描述蠕变行为的变化。河套蜜瓜受静载作用时的蠕变曲线的变化反映了河套蜜瓜自身的粘弹特性，这 70河套蜜瓜流变学特性及储运损伤控制的研究与果实内部组织结构和品质差异等有关．3．4．7蠕变特性参数的预测利用SPSS软件中的stepwise分析法获得试验因素影响蠕变特性参数的预测回归方程、显著性检验结果以及修正自由度的决定系数△F，见表26。寰28蠕变参数的琢翻回归方程及五薯性检验结果TabI●28Theregressionequationsofthepredictedcreepparallmtersandpredict；v●v8luesoffactors注：表中^—载荷，B—硬度，c—温度，见表20蠕变试验因素与水平由，分布表查得，在置信度90％和95％时，其方差临界值为：F0。(4，40)=3．83，焉．∞(4，40)=2．6l，R。。(2，42)=5．18，^*(2，42)=3．23。当8=O．05时，查得相关系数的最小值为；r。=O．455。因此由表26可以看出，所建立的预测河套蜜瓜蠕变特性参数的回归方程是有意义的且均呈极显著。从己修正的决定系数△酽分析可知，硬度对F，，J7，．17，和L，的预测的影响力最大，分别占到63．7％、58．2％、52．6％和70．2％，其次为温度，载荷对_，的预测的影响力最大，达到48．5％；分析因素预测影响力可得知三个因素对蠕变特性参数影响的主次程度，有利于抓住主要矛盾解决在果实储运时蠕变损伤的问题。利用SPSS软件中的stepwise分析法获得试验因素影响蠕变特性参数的预测回归方程及影响预测量，见表26．同时在stepwise分析法中求得各因素的容忍度值均在0．933—1．00之间，说明因素之间没有共线性问题，所得分析结果误差较小mm。从影响预测量△F分析可知，硬度对_。J7，，刁，和不，的预测力最大，分别占到63．7％、58．2％、52．6％和70．2％，其次为温度，载荷对F：的预测力最大，达到48．5％。因为因素之间无共线性问题，所以不进行因素交互作用对蠕变参数的预测分析，这一点与差异显著性分析结果是一致的。分析因素预测力可得知三个因素对蠕变特性参数影响的主次程度，有利于抓住主要矛盾解决在果实储运时蠕变损伤的问题．3．4．8蠕变特性参数的相关性分析利用SPSS软件中的stepwise分析法进行各蠕变特性参数相关性分析*一，结 内蒙古农业大学博士学位论文7l果见表27．由表27可知，蠕变特性参数之间均存在一定相关性，其中露，和不，呈最高正相关，相关系数为0．840，p，和凡，呈最高负相关，相关系数为一0．?89，J2，与‰相关性最小，相关系数为0．429．表27各蠕变参数之间的相关性Table27correlationb．t-e∞th●creeppropertyparameters3．5蠕变特性差异的生物学原因植物细胞的基本结构由细胞壁和其内含原生质两大部分组成。细胞质构成了原生质的主要质量，使生物体具有流变特性，如粘性、弹性、膨胀和收缩特性等。细胞中的液体可以使内部产生压力作用于细胞壁上，使细胞保持一种弹性应力状态，这种压力称为膨压，它是细胞内的一种静压力，它和细胞壁的弹性结合起来就构成了生物组织的粘弹特性m一．细胞壁保护原生质，抵挡着原生质的膨压，起着规范自身大小的作用j生物物料有机组织的力学特性主要由细胞壁决是E如弹性、刚度和强度都取决于细胞壁的结构和组成。细胞中的液体由细胞膜约束存在于细胞壁内部，因此细胞膜称为细胞壁内液体的容器m一。因此在储运过程中，当果实受到不同程度的冲击力或静压力使其细胞膜发生破裂时，液体便会透过细胞膜，从而改变对细胞壁的作用力，即膨压发生明显的变化，从而导致果实的弹性、粘性等发生变化。同时，果实在受到挤压作用时，细胞及其中间层即发生变形，因为细胞内容物的不可压缩性，势必引起细胞壁膨胀和细胞壁抗拉应力提高，这些应力与细胞的膨压相抵销。因细胞壁有一定弹性，卸去外力时将能使细胞恢复其原有的形状，但细胞液的渗流和组成细胞壁的果胶质所具有的粘塑性，使得整个果实组织器官的时间依赖性，当细胞再定位复原时，决定了其不可逆转性，宏观上即表现为部分变形不可恢复m-‘一．储运过程中，当果实自身条件或外部环境不同时，如果实硬度、环境温度j果实承受载荷等，均会引起果实细胞壁膨压的变化和细胞液渗流的速度，使弹性恢复变形能力和因果胶质的粘塑性而不可恢复变形的程度均发生变化，其外部宏观表现为蠕变变形量及蠕变速率的差异，从而表现为蠕变特性的差异． 72河套蜜瓜流变学特性及储运损伤控制的研究3．6小结·1)运用能够直观反映蜜瓜受压过程中粘弹性交化的虚拟样机技术在ADAMS软件平台上建立了河套蜜瓜受静载作用时的蠕变仿真模型并获得了相应的本构方程。试验数据检验结果表明所建立的ADAMS蠕变仿真模型合理、可靠。通过运行仿真模型获得了不同试验条件下果实的蠕变特性参数。ADAMS蠕变仿真可以直观显示果实储运过程中随环境因素及果实自身条件变化时的蠕变特性变化规律，为相关领域的流变学研究提供了可值得借鉴的建模新方法。2)蠕变特性参数对蠕变曲线形状有明显影响．因为粘弹性是河套蜜瓜自身固有的特性，在外力作用下表现出明显的蠕变行为。通过改变蠕变特性参数其蠕变曲线形状随之发生改变，蠕变曲线的变化反映了河套蜜瓜果实蠕变行为的变化。分析可知，蜜瓜果实的瞬时刚性只影响蠕变加载阶段，对卸载阶段变形恢复的影响不明显。延迟刚性不但影响蠕变的最大变形量及达到最大变形量的速率，而且影响变形恢复的速率，但不影响果实静载蠕变的永久变形量。粘性系数J7，值较大时，果实恢复变形后的永久变形量相对较小，粘性系数J7。值不影响变形恢复速率。粘性系数目。越大，延迟时间越长，蠕变缓慢。上述蠕变行为的变化与河套蜜瓜自身的组织结构、品质差异及储运环境等有关。3)河套蜜瓜静载蠕变特性参数明显随温度、硬度而变化，硬度对∥。毋，，J7，，％，均呈极显著差异，差异水平≤O．001；温度对目，、毛，呈极显著差异，差异水平≤O．001，对F。J7，呈显著差异，差异水平≤O．05；载荷对L，呈显著差异差异水平≤0．05，对Ⅳ，，F，和j7，，J7，均不存在显著差异。一4)硬度对F，，町，、目，和L，的影响预测力最大，预测值分别达到63．7％、58．2％、52．6％和70．2％，其次为温度。分析因素影响的预测力有利于抓住主要矛盾解决果实储运时的蠕变损伤问题。5)由因素对蠕交特性参数的差异显著性和预测力分析结果可知，河套蜜瓜果实的硬度对蠕变变形恢复量、永久变形量及蠕变速度均有明显影响，温度对永久变形量、蠕变速度有明显影响，载荷对瞬时变形和蠕变速度有明显影响。低温储运时瞬时变形不会随成熟度提高而持续增加，而较高温储运时随果实成熟度提高瞬时变形则持续增加。因变形恢复量受温度变化影响不明显，为减少永久变形对果实造成的蠕变损伤，针对成熟度较高的果实，应采取低温减轻重压的储运方式．针对成熟度较低的果实，从储运的经济性考虑可适当提高储运温度，但需减轻承重，以免蠕变变形持续发生。6)蠕变特性参数之间均存在一定相关性，其中J7，与&，呈最高正相关，相关系数为0．840，p，与L，呈最高负相关，相关系数为-0．798，∥，与口，的相关程度最小，相关系数为--0．389． 内蒙古农业大学博士学位论文4河套蜜瓜储藏品质变化与蠕变特性关系的研究河套蜜瓜果实具有明显的粘弹性且属于呼吸跃变型果品，在采后储运过程中，其呼吸强度、内源乙烯含量、可溶性固形物以及硬度等均会发生变化mm。储运中不同程度的挤压会加剧这种变化，加快果实软化的速度，使风味劣变，造成果实损伤．这些损伤有些尽管从外表不易察觉，但是因为自身固有的粘弹性使储运过程中的受压状况对果实产生时效性，必然会延续并加重这种损伤，最终引起果实腐烂变质。果实细胞在采后仍然具有生命力，对果实产生后熟作用m·d，致使在储藏期间各项品质指标发生明显的变化，如果实硬度下降、糖分的改变与转化、可溶性固形物含量的变化等，同时在储藏期间果实因与环境的能量交换而必然使其水分蒸发，果实含水量的变化会引起果实细胞膨压发生明显变化，使流变特性随之改变n“”。因此，着重对河套蜜瓜分阶段进行蠕变特性试验和蜜瓜主要品质指标的测定与分析，将蠕变试验后的样品一一对应作为品质指标测定的样品，将流变学与食用品质及生物学特性有机地结合起来，研究在整个有效储藏期内各主要品质指标变化规律与蠕变特性的关系，同时研究储藏时间对蠕变特性参数的影响，建立储藏时间与蠕变特性参数的回归方程以及主要品质指标变化规律与蠕变特性参数的回归方程，全面研究河套蜜瓜采后储运过程中随储藏时间延长而引起河套蜜瓜品质变化情况，为无损检测并预测储运过程中果实的品质变化及预测河套蜜瓜有效的储藏时问提供理论依据。4．1试验指标分阶段蠕变特性试验：因为河套蜜瓜的粘弹性是其本身固有的特性，在外力的作用下表现出瞬时变形、延迟变形、变形恢复以及变形恢复的难易程度等现象。因为瞬时刚性系数掣，．延迟刚性系数掣，以及粘性系数日，，目，分别决定粘弹性材料的瞬时变形量、可恢复变形量与永久变形量，延迟时间矗，则反映受试样品的蠕变规律，当咒，较大时，蠕变较慢，当k。较小时蠕变较快。因此本章将F，、p。日，，目，以及‰作为蠕变特性的目标参数研究河套蜜瓜随储藏期间延长蠕变特性的变化规律。品质指标测定试验：蜜瓜在成熟软化的过程中，由于水解酶的作用，在蜜瓜成熟过程中，果实组成中多糖被分解，使可溶性固形物含量发生变化o””．另外，蜜瓜成熟过程也是糖分积累过程，成熟的河套蜜瓜甘甜爽口，含糖量高使其独具特色，因此含糖量也是其成熟程度的指标．水分不但影响食用时的口感，同时也关系到果实内部组织的流动性和抗压性．内源乙烯含量则与蜜瓜果实采后的后熟现象及呼吸强度密不可分，既关系到果实的软化速度，也关系到果实储藏期间风味的变化，这四项指标是河套蜜瓜品质的重要指标，采用这四项指标可以简便和直观地评估河套蜜瓜采后品质的优劣“一．因此本章将内源乙烯含量聊(theinternalethylene 74河套蜜瓜流变学特性及储运损伤控制的研究concentration)、可溶性固形物含量7硒(thetotalsolublesolidconcentration)、水分含量WC(watercontent)和含糖量RSC(refractivesugarconcentration)．作为河套蜜瓜品质测定的目标参数研究储藏期间河套蜜瓜品质变化规律与蠕变特性的关系。4．2试验样品和方法4．2．1试验样品供试河套蜜瓜采自内蒙古临河市乌兰农场，俗称“华莱士”，属于非网纹状厚皮蜜瓜品种。为尽量减少果实差异，在同一种植田里由果园果农评定后，选择形状均匀、直径大小在120-130毫米、重量在0．6kg-O．8kg之间无损伤、无病虫害的果实。采收时果柄剪成。T”字形，当天运回学校，再进行二次挑选，确保差异最小．试验前不做任何处理，只根据果面变化和硬度情况按照试验方案设计将样品做好标记并分组放置在通风良好的室温环境中进行试验测定。记录当时室内温度，相对湿度65％。为减少果实个体差异造成的数据离散性，，多次重复试验，分析数据采用10颗瓜的平均值。4．2．2试验方法按照样品标记的储藏时间在同一样品上分别先后进行蠕变特性试验、品质指标测定试验。因素与指标见表28。为研究果实成熟度对储藏期间品质变化的影响，试验分两组同时进行，其中一组的初始硬度值8．1×105Pa。标记为“次成熟果实”，另一组的初始硬度值为6．5X105Pa，标记为。成熟果实”．囊2B储奠期问蠕变试验与品质测定试验的因蠢与水平TabI●28TheindexesandeffectivefactorsofbothcreepandquaIityexperimentdur；ngstorage注，试验静载荷为56N。硬度的测定方法见3．3．1。蟒变试验方法及蠕变相关参数的获得方法同3．4．2和3．4．3．内源乙烯含量(IEC)测定采用气相色谱法，以n-mol／m1表示．取上述蠕变试验测定后并称过重量的果实，用注射器从瓜内腔内抽取气体2ml，注入密闭青霉素小瓶水封保存”·由内蒙古农业大学内蒙古农牧渔业生物试验研究中心代测，结果 内蒙吉农业大学博士学位论文75以检验报告形式表示⋯．含水量(p功测定参照文献[73]，以水分占组织鲜重的百分比表示．折光糖含量(脱’采用折光计测定。以百分比表示。可溶性固形物(7鳓采用荧光分光光度计测定，取蠕变试验后的每颗瓜等量称取瓜肉组织29，用沙布包裹挤汁液测定，每一储藏时间共测5颗瓜，计算均值m．以百分比表示．上述各项指标测定的先后顺序为：蠕变特性试验、内源乙烯含量、含糖量、可溶性固形物含量和含水量。以百分比表示。4．3结果与分析表29河套蜜瓜品质变化谢定时室噩殛果实重量记录Table29鼬∞rtofboththefruits’s"ightandroolltemperatureinthequaIityexperilent存放时间(天)0246810．121416铡量室温(℃)252423242524重量(蚝)1．201．181．081．Ol0．920．870．820．80(次成熟果实)重量(蚝)1．121．101．020．920．770．670．60(成熟果实)由表29可知，在上述品质指标测定时室温基本保持恒定，因此可以排除温度对所测定指标的影响。果实重量的变化将统一考虑在水分含量、可溶性固形物含量的变化里。4．3．1储藏期间品质指标的变化在试验期间观察果面的变化，成熟果实(6．5X105Pa)在存放lO天以后果面开始出现菌斑，此后果实明显变软，直到第12天已不在适合测定．次成熟果实(8．1×105Pa)在存放16天时果面出现菌斑，此后果实明显软化，到第20天时不再适于测定。：4．3．1．1内源乙烯含量的变化河套蜜瓜属于呼吸跃变形果实，储存期间呼吸强度会发生明显的变化，与之相对应的内源乙烯含量也发生明显的变化，这是造成该果实不耐储存的重要原因“。．图47表明，河套蜜瓜采收后于试验初期时(O壬)的IgC为20X103n．col／z]．储存第4天时增大为150XlO"n．mol／ml，此后两种硬度果实的受试样品在4天以后∞坠㈣坶坠吼 76河套蜜瓜流变学特性及储运损伤控制的研究IEC值均发生跃变，IEC开始急剧上升，第lO天时又开始下降．图47同时表明。成熟的蜜瓜果实与次成熟蜜瓜果实相比较，在相同储藏时间里前者的1EC含量变动的极大极小值范围较后者大。’=2．5j2．0≤1．5葛1．0焉o．5鬟0．0O24B8101214161820储藏时闻／day‘圈47储童期阉果实IEC含量变化Fig．47ThechangeofIECofthefruitsduringstorage4．3．1．2糖度的变化．由图57可看出，次成熟果实(8．1×105Pa)和成熟果实(6．5×10sPa)在存放期间其含糖量均呈下降趋势。两种硬度的果实到存放第4天对含糖量变化不大，在第10天时，果实含糖量仍维持较高水平，此后锐减，食用性已很差。图中反映出次成熟果实存放时间虽然较长，但由于在成熟期的最后阶段物质积累较少“4，因此储存后期不能很好表现河套蜜瓜的优良性状，含糖量下降快于成熟果实。_15■舞10采辖5O02468101214161820蕾奠时间／天田舳折光糖含量(腮∞童化F|1．柏ChangeofRSC山ringotorage4．3．1．3可溶性固形物含量的变化图58表明．果实成熟度不同，其可溶性固形物在刚采时的含量以及储藏期间的 内蒙古农业大学博士学位论文77含量变化是不同的。图中次成熟果实(8．1×105Pa)在刚进行测试时的值为12．64％，第2天上升达到最大值13．73％，此后开始下降，第6天时突降至5．6％，以后变化缓慢。成熟果实(6．5X105Pa)的TSS变化规律与成熟果实的TSS变化规律相似。；zoi警15÷簧10：藿s’离0．+次成熟O2468101214161820储藏时同／days宙49可溶性固形物含量(，鳓变化Fig49ChangeofTSSduringitorage4．3．1．4含水量的变化果实含水量是影响果实组织细胞膨压的重要因素，图50表明，河套蜜瓜刚采时的含水量较高，其中硬度较小果实反映的果实成熟度较大，含水量也较大，两种硬度即两种成熟度果实刚采摘时的含水量分别为93．9％和92．6％，随储藏时间延长其含水量逐渐减少，因为成熟果实(6．5x105Pa)较早进入衰败阶段，存放时间短，测定结束时(12天)含水量为73％，另一组硬度较大的次成熟果实测定结束(20天)时为67．6％。测定结束时分别将果实剖切，在显微镜下观察可看到组织中出现细胞液化现象，说明液泡开始破裂细胞开始自溶”⋯‘⋯．图50同时可观察出在相同条件的重复试验中，刚采摘到储藏第6天以内，样品之间含水量变动差异不大，但在第6天以后，样品问含水量差异范围在±5％之间变动。鳓：———咚虬_-I薹60：‘+丁40加-+仄脓20．+成熟O一⋯O28lO1214161820储藏时问／天豳∞含水量变化FIl50Changeof∞表29反映出在储藏期间，河套蜜瓜果实的重量一直持续下降，这是由于水分蒸 78河套蜜瓜流变学特性及储运损伤控制的研究发和果实内部一些物质的转化而造成的[】．将重量变化数据与上述各指标曲线图相对照，可以看出果实重量都在含蓿量和含水量降低时明显下降。随着储存天数增加明显下降．4．3．2储藏期间河套蜜瓜静载蠕变特性的变化如图5l显示了储藏期间河套蜜瓜静载蠕交特性变化情况。在相同储藏时间里。成熟果实的蠕变变形量总是大于次成熟果实的蠕变变形量，而且较早达到最大变形，变形恢复时间相对较少．由于瞬时刚性系数决定果实受载时的瞬时变形，由图5la-图51c可知，在储藏0-4天时间里，两种硬度样品的瞬时变形量、变形恢复以及最大变形量总体变化都不大，但成熟果实的瞬时变形有增大趋势，说明其瞬时刚性开始降低，在第6天时两者的瞬时刚性已有明显区别。图51d可明显看出，随储藏时间延长，两种硬度果实的瞬时变形量都在增大，并且蠕变变形速率也增大，说明粘性增大、瞬时刚性随时闻延长而降低，而且硬度较大果实的降低幅度较大。同时由上述各图可看出，随储藏时间延长，达到最大恒定变形量的时间增大，由初始时的60秒增至180秒。变形恢复时间由90秒明显延长至300秒。在储藏第10天时，次成熟果实表面已出现菌斑，第十二天时菌斑明显，此后果实软化不再适于蠕变测定。a第0天时的蠕变曲线I●柏，lm●“。c第4天对的蠕变曲缱b第2天时的蠕变曲线d第6天时的蠕变瞳缱 内蒙古农业大学博士学位论文相4．3．3储藏时间对蠕变特性参数的影晌按照3．4．3的方法，在上述如图5l的蠕变试验基础上建立ADA峪仿真模型并验证其正确性，通过优化并运行蠕变仿真模型，可获得不同储藏阶段河套蜜瓜果实受压的蠕变特性参数见表30。图52-图54可直观反映蠕变特性参数随时间的变化规律．囊∞不同储蠢阶段样品的曩变特性参数Tahie30CreeppropertyparametersofthesamplestdlffererltstorageStale扶成熟1．902．031．901．501．哇61．421．哇01．301．271．23l。202。472．542．301．801．651．501．301．401．201．2l1．204．35．9T．98．58．78。99．2100．0120．O12。62．482．6l2．553．883．904。004．204．404．604．634．709．510．911．121．523．626．732．331．438．339．201．74，1．5960．03．5520．921．731．TO6．93．T622．1‘41．701．50100．03．6622．961．301．10120．04．0631．2曩81．291．0812．64．0837．8101．2T1．06130．04．3037．t121．200．93130．04．4040．0I、I-O2468加挖M：宝埔∞ ∞河套蜜瓜漉变学特性及储运损伤控制的研究4．3．3．1储藏时间对剐性系数的影响由图52可知，两种硬度河套蜜瓜果实的瞬时刚性系数F，相比较，在整个储藏期问差异不大，而且变化规律基本趋于一致。但不论硬度大小，在储藏的第2天其刚性系数都上升，在第4天又回落，第6天突降直至储藏后期虽然仍在下降但降幅已不明显．图52所示，硬度不同的两种果实其延迟刚性系数口，随时间变化曲线差异明显，前者的掣，值明显高于后者，但两者仍有相似的变化规律，即储藏第2天时_，值稍有上升，此后持续下降，直到第12天时降为最小值，此时，硬度较小的一组已不再适于测定．3-O￡：主I．5誊1．0蔗O·5O．OO2468lO1214151820储赢时f町天爱度I力8．1x1U"l飞，掣及皿精墨芟‘lessnture)．照攫z为6．5xlO"Ps．峰戚嚣皋篓t·atu件)．里52河套蜜瓜在不同储藏时间时刚性系数的分布规律Fig52DistributJohofstillnessc∞fficientatdifferentstoragestal：o4．3．3．2储藏时间对粘性系数的影响由图53可知，不同硬度果实的粘性系数日，随储藏时间延长而增大，但增加幅度不大，其中次成熟果实粘性系数日，较小，并且两种硬度果实的刁，变化规律接近，即o_4天以内，习，值变化不明显，第6天明显增大，此后继续增大，但增幅不大．50{40七30藿20簟絮10O02t68101214161820蕾曩时同，天叠弱两蠢童瓜在不同侍■时同时糖性系数的分布觏膏Fi,．53Ojstr|butl∞ofYImcoeffioiohtndifferentIrtoragen-舯 内蒙古农业大学博士学位论文4．3．3．3储藏时间对延迟时间k的影响{i薹|；：i0田科不同储囊时问蠕变延迟时间分布规德爱麈1为e．I×，d’·．即次成韩果实(1essImture)lliEtI2为o．5X10sPtl．即或辫熏赛(eature)Fig．54OistributionofdeIaytimeatdifferentstoragestage由图54可知，两种不同硬度果实的蠕变延迟时问随储藏时间延长其变化规律相同，即O一4天延迟时问没有明显变化，第4天以后蠕变延迟时间持续增加。成熟果实(6．5×10sPa)的蠕变延迟时间相对较小。．4．3．3．4储藏时间与蠕变特性关系的回归方程由上述河套蜜瓜不同储藏时间各蠕变特性参数的变化规律曲线观察，随储藏时间延长，刚性系数芦，、p。粘性系数玎，，J7，以及延迟时间凡，的变化均趋向于稳定，因此，静载蠕变特性参数随时问变化呈指数关系w：C=Ar(39)其中：D—蠕变特性参数，分别指刚性系数，，，乒，，粘性系数目，，目，和延迟时间‰f—储藏时间(天)，卜回归系数，卜回归系数。将此非线性方程进行交换，对两边同时取对数，可得：工罟眵=194+blgr(40)令t1，=L_gc． 河套蜜瓜流变学特性及储运损伤控制的研究a=igA，x=lgT．则公式(41)变换为：y---a+bx(41)对试验数据进行整理计算，如表3l所示．根据最小二乘法原理建立储藏时间与河套蜜瓜蠕变特性参数的回归方程，结果见表31．序正裹31不同储冀时间的蠕变特性参数计算TabI●31ThecaIculat●dvaIueofcreeppropertyparametersl瓯嘞l舀icy,)号Hlp1tit驰T嘲l毫}IltgIl2l觏llg)12lgT-tI 内蒙古农业大学博士学位论文83囊3"不舟储曩时闫的蠕变特性参数回归数据计算寰(续)序堡墨!!劬，2苎垡号(1斟1)2(1科：)z(IgTII)z(19?12)2agf|d)ll口lEfl酗IIgp2I研Jl飘ltgTd)襄32储藏时问与蠕变特性参数回归方程殛显著性检验TabI●32Regrossionequationanddifferenceoilnificantofstoragetimandcreepparanmtors注，FI-00。蝴-2．80，Fl-‘lo’“)=2．08，￡m--O．754由表32回归方程显著性检验和相关系数检验结果可知，所求得的储藏时问与刚性系数∥，，p。粘性系数露，及延迟时间％的回归方程有意义，其中方程J，，=ior。产”．Ⅳ爿旷”产。和T．n=lO。“r。非常显著．4．3．4品质指标变化的预嚣，，储藏期间河套蜜瓜果实呼吸强度、内源乙烯含量均会增加，不可避免地导致果实后熟和软化，果实水分散失、静载受压等因素会导致果实细胞液渗流、细胞膨压 乳河套蜜瓜流变学特性及储运损伤控制的研究降低，这些变化均是造成果实蠕变特性变化的内在原因⋯w．同时，上述试验测定结果也表明了河套蜜瓜的品质指标随储藏时间延长而发生变化，因此在储藏期间可以利用蠕变特性参数的变化来预测其相关品质指标的变化，其预测回归方程式如下：隹兰式中：弦一内源乙烯含量毒形％朔—折光糖含量RSC％y广可溶性固形物含量搿％弘—含水量WC_(42)期，却．材，却，≈—分别对应蠕变特性参数p，，∥n叮，．t／j，7■口卜旬，田，向，6』，幻，幻，以．以一系数将4．2．1品质指标乃．乃，乃，月试验数据和相对应储藏时间所铡定获得的蠕变特性参数局，而，,as，西，厨分别代入上述各方程组中，根据最小二乘法原理可求出各回归系数及回归方程“。，见(43)：4．3．5方差分析及蠕变特性参数对品质指标影响的主次判断(43)锄一～曲班伊弦～一饥nH咔～一～q斗柏一～一如^m曩Ⅵ饰唧脚～一～B卿¨觯啪軎||辨一=三 内蒙古农业大学博士学位论文85囊∞琢测储藏期闻湾蠢童瓜品质指标变化回归方程的方羞分析裹Table33Variance-mlysi●llboutrel[re$Iione钠rtionofpredictinsthequalityofi钿taomuslumlon由于Fo．。(10，44)=2．80，Fo．。(10，44)=2．08，h。=O．754，由表25可以看出，所建立的河套蜜瓜品质指标与蠕变特性参数的回归方程是有意义的，而且均呈极显著。在上述回归方程(43)中，偏回归系数b。。本身的大小并不能直接反映各机械特性参数对品质指标影响的相对重要性，这是因为偏回归系数的取值会受到对应因素的单位和取值的影响，对其进行标准化可解决这一问题⋯。一设偏回归系数b。的标准化回归系数为P，J(i=I，2，3，4；j=l，2，3，4，5)，其中：对于内源乙烯含量IEC：btt=3．681，b-尹’4．011，b，。一0．239，b，．=0．209，b：s=-0．149．对于折光耱度昭绞blI_4．376，b矿一4．361，b”=o．078，b：,--O．437，b矿一0．709。对于可溶性固形物TSS：b，I-8．207，b萨0．609，b矿O．223，b“一0．129，b《=-O．047．对于水分含量，珐b4：=9．866，bn-一5．198，bn=O．042，b“-1．401，bu一1．911·P。的计算式为：岛=M侩(44)根据Pii的大小可直接判断蠕变特性各参数对品质指标影响的重要程度．由表33得知：‘。 ％河套蜜瓜流变学特性及储运损伤控锎的研究0，。=SS。=6．429，’k=S&：122．549，L”，=SSl-15L886，Lm=55。=1084．745，根据公式(44)，计算标准化偏回归系数Plj的结果见表34．，囊3．标准化偏回归系数计算结果TabI●34ResuItsofstanderdizingthecoefficiMtofregressiOnution根据表34所示标准化偏回归系数P。，的大小，可以知道蠕交特性参数与品质指标关联重要程度的主次顺序为：对于IEC：JI，j>JIf，>囊，>盯，>玑，即：延迟杨氏模量>瞬时杨氏模量>延迟时间>粘性系数叮，>粘性系数目，。对于矗5凸，j>厶，>FJ>口j>日J，即：延迟杨氏模量>延迟时间>瞬时杨氏模量>粘性系数口≯粘性系数口．。磷专鹞S：ut>nt>qI>k》uI．即：延迟杨氏模量>粘性系数qt>粘性系数n，>延迟时间>瞬时杨氏模量．对于WC：％>|If，>目J>J【，J>可n即：延迟时间>瞬时杨氏模量>粘性系数q：>延迟杨氏模量>粘性系数目。．将上述蠕变特性参数与品质指标关联重要程度的主次顺序与3．4．5分析结果相结合(蜜瓜果实硬度对J【，，、J7，，J7，，厶，呈极显著差异温度，温度对J，，，口，和凡，呈极显著差异、对p。，掣，不存在显著性差异，载荷对Ⅳ，．R，呈显著差异、对J[，，和刁，，J7，不存在显著差异)，根据本项试验的测试条件，得出回归方程(43)的适用范围为：果实硬度范围在6．ox105P墨—8．5X10‘尸盆之间、室温条件(25℃)、45N载荷．通过蠕变特性参数预测储藏期间河套蜜瓜主要品质指标时，除对指标TSS进行预测不需考虑载荷的影响外，利用回归方程(43)预测其余品质指标时均需考虑温度和果实硬度的取值范围．4．4小结1)河套蜜瓜属于呼吸跃变形果实，储存期间内源乙瘫含量、含糖量、可溶性固形物含量以及含水量均会发生明显变化，不同成熟度的蜜瓜果实上述指标的变化规 内蒙古农业大学博士学位论文87律相接近．聊会发生明显的变化，不同成熟度果实的IEC变化规律较接近．蜜瓜果树储存期间品质的变化是果实与储藏环境能量交换、自身组织结构的变化的反映，关系到果实细胞膨压的变化，其外部表现为果实流变特性的变化。2)在相同储藏时间里，成熟果实的蠕变变形量总是大于次成熟果实的蠕变变形量，而且较早达到最大变形，变形恢复时间相对较少．在储藏o-4天时间里，两种成熟度样品的瞬时变形量、变形恢复以及最大变形量总体变化都不大，但储藏第6天以后，两种成熟度果实的瞬时变形量和蠕变变形速率率都明显增大，说明粘性增大、瞬时刚性降低，而且次成熟果实降低幅度较大．随储藏时间延长，达到最大恒定变形量的时间增大，由初始时的60秒增至180秒，变形恢复时间由90秒明显延长至300秒。在储藏第10天时，成熟果实表面已出现菌斑，第十二天时菌斑明显，此后果实软化不再适于蠕变测定。河套蜜瓜的蠕变变形规律与自身属于呼吸跃变型果实的特点相一致。3)储藏时间对河套蜜瓜蠕交特性参数有明显影响，随储藏时间延长，刚性系数p，，P。粘性系数露，以及延迟时间7k均呈指数形式变化，蠕变特性参数变化与储藏时间关系的回归方程分别为：，朋=l旷。r“Il助=lo吨”r”{Iql=10。”To．8I、Z0=lO。“r”经最小相关系数检验，上述回归方程均有意义，其中储藏时间与刚性系数／z。、助和延迟时间的回归方程呈极显著。4)建立了河套蜜瓜储藏期间品质指标变化与蠕变特性参数的变化关系的回归方程分别为：，IEC：O．337+3．681／．／t-4．011|lt-0．239r／d0．209n阀．150L|IlRSC=10．829-4．376／J，-4．361_，加．078．17，加．437J7，-0．7097■≮‘l咒落I．2．874蔼．207∥J加．609∥?加．223口，-0．129口，-0．0477kI、WC=69．566,9．866pJ-5．198pj帕．042"71以．401J7，-1．911T,,d上述回归方程的相关系数分别为0．955、0．963、0．997和0．989，经F检验和最小复相关系数检验，回归方程均有意义且呈极显著，因此可以通过河套蜜瓜静载蠕变特性参数的变化来预测储藏期问其品质指标的变化． 懿河套蜜瓜流变学特性及储运损伤控制的研究5结论与展望5．1结论鉴于河套蜜瓜储运过程中因准静载和静载使果实产生的机械损伤、载荷的时效性影响加快果实内部组织细胞的损伤进程而导致的果实品质下降、储藏时间缩短等问题，对完整形河套蜜瓜进行准静载机械特性试验、集中蠕变试验以及分阶段进行的嫣变特性试验，将蜜瓜的流交学特性、食用品质特性及生物学特性结合起来，研究蜜瓜的机械损伤与机械特性的关系、蜜瓜的蠕变特性以及在整个有效储藏期问各主要品质指标变化规律与蠕变特性的关系，研究得出如下结论：(1)从机械特性试验所获得的完整形蜜瓜果实受压的力一变形曲线和应力一应变曲线以及对机械特性参数的分析中反映出：①河套蜜瓜果实在受压初期载荷增长滞后于受压面积的增长．②成熟果实受压均存在明显的生物屈服点，并且口感较好果实的力一变形曲线和应力一应变曲线在进入屈服状态后的变形率增加，破坏极限与破坏应力都相对较小．‘。‘@缓慢加载使果实内部微观组织较早出现破坏，易扩大损伤体积，破裂时的变形量较大，受压后果实的损伤体积较大．垂直压缩时的生物屈服极限均小于相应条件下水平压缩时的生物屈服极限，因此，垂直压缩易使果实较早进入损伤状态。④硬度、温度、载荷和果实受压部位对机械特性参数均有明显影响。机械特性参数之间均存在一定相关性，其中生物屈服极限与变形能的相关程度最高，相关系数为0．870，破坏极限与生物屈服极限和变形能的相关程度最小，相关系数分别为0．366、0．368。(2)建立了河套蜜瓜准静载机械特性参数与品质指标关系的回归方程，经检验所建立回归方程有意义且呈显著。(3)定量评估了河套蜜瓜果实因受压产生的机械损伤，分析了加载速率、受压部位、温度和果实硬度等影响因素对损伤程度影响的差异性并建立了河套蜜瓜的损伤体积与各影响因素的回归方程，经检验，所建立的回归方程有意义并呈显著。(4)通过引入虚拟样机技术，建立了河套蜜瓜黪载蟠变仿真模型并获得了孀变本构方程和相应的蠕变特性参数。模型的运行过程可以直观反映河套蜜瓜静载过程中随环境因素及果实自身条件变化的蠕变行为的变化规律．(5)通过对河套蜜瓜蠕变特性参数及影响因素的分析得知：河套蜜瓜果实的硬度对蠕变变形恢复量、永久变形量及蠕变速度均有明显影响，温度对永久变形量、蠕变速度有明显影响，载荷对瞬时变形和蠕变速度有明显影响．低温储运时瞬时变形不会随成熟度提高而持续增加，而较高温度储运时随果实成熟度提高瞬时变形则持续增加。因变形恢复量受温度变化影响不明显，为减少永久变形对果实造成的蠕变损伤，针对成熟度较高的果实。应采取低温减轻重压的储 内蒙古农业大学博士学位论文柏运方式．针对成熟度较低的果实，从储运的经济性考虑可适当提高储运温度，但需减轻承重，以免蠕变变形持续发生．(6)储藏时间对河套蜜瓜蠕变特性有明显影响，建立了河套蜜瓜蠕变特性参数随储藏时间延长而变化的指数回归方程，经检验所建立回归方程有意义并呈显著。(7)建立了储存期间河套蜜瓜的主要品质指标与蠕变特性参数的回归方程，经检验所建立回归方程有意义并呈显著。5．2展望‘1)．因为河套蜜瓜是生物材料。较大的个体差异是造成试验误差的主要原因，建议在以后的流变学研究中可增加外观特征指标如果实颜色、形状、大小、重量等与流变学特性关系的研究。‘(2)本文在蠕变方面进行研究时选择的是小变形，载荷的选取受试验条件的限制，建议可增大载荷取值范围，更加完善地解释实际储运中的蠕变行为。(3)在进行河套蜜瓜品质与流变特性相关方面的研究时，本文仅针对常用来考核河套蜜瓜品质的几个指标，建议能进一步拓宽品质指标的研究范围和种类。(4)损伤体积的计算有望进一步完善。 ∞河套蜜瓜流变学特性及储运掼伤控制的研究6创新点(1)定量研究了完整形河套蜜瓜损伤与静载机械特性之闻的关系并获得了储运温度、果实成熟度、载荷等因素与损伤的定量关系．(2)基于虚拟样机技术建立了河套蜜瓜的蠕变仿真模型，获得了蜜瓜蠕变的本构方程和相应的蠕变特性参数。运行仿真模型获得相应的蠕变特性参数的过程可直观形象地观察到随果实自身情况及储运环境的变化时果实的蠕变变化规律，此建模过程和方法为相关领域的流变学研究提供了可值得借鉴的参考．(3)研究了储藏期间品质变化与蠕变特性的关系，建立了品质变化与蠕变特性参数的回归方程． 内蒙古农业大学博士学位论文9I致谢奉论文是在导师王誊光教授的精心指导下完成的．从研究曝题的确定、开题报告的如期进行，试验方案的确定以及研究论文一次次认真细致的修改，包括学位论文的撰写过程、科研课题的申请等，无一不倾注了王老师的心血，即使是在王老师出国深造的一年里也是一边在国外完成自己的研究一边抽出大量时间指导我论文的进行．导师严谨的治学态度。自由的学术气氛、平易近人、光明磊落的品德和认真负责的工作作风都警我留下了终生难忘的印象，导师几年来的言传身教使我受益匪浅。此时，心中的敬意和谢意无以言表，只汇威一句话：谢谢您，袁终生的导师l衷心意谢杜文亮教授、童淑敏教授、田德教授，杨明韶教授，赵士杰教授，赵满全教授、申向东教授、袁德正教授等人在课题研究过程中给与的帮助l在试验阶段和完成论文的全过程中，得到了郡志宏剐教授，钱珊珠剐教授、李海军剜教授、王芳、威楠．王洪波、郭文斌，捌百顺等师姐和师弟妹们的大力支持和帮助，在论文完成之际，向你们表示衷心的感谢l非常感谢试验过程中食品学院王新亮实验师以及完善试验蓑王的过程中，内蒙古农生大学机械厂相关人员给与的支持和帮助．曩后，特别感谢我的丈夫田俊，从我进入内蒙古农业大学直到今天，从攻读硕士学位直捌今天博士学位论文的完成，几年来一直给与我的支特，帮劝和理解l几年来你一直为袁增添信心，开拓思路I同时也感谢我的女儿田悦戎，你的勤奋、自觉良好的学习态度和学习习惯给我以慰藉，使我始终匏安心于自己的课题研宄。在论文完成之际，向我的家人表示衷心的感谢l 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98河套蜜瓜流变学特性及储运损伤控制的研究作者简介扬晓清，女，汉族，1966年3月生。籍贯内蒙古呼和浩特市．1984年9月至1988年7月在天津轻工业学院(后更名为天津科技大学)机械设计与制造专业读书，获工学学士学位．1988年9月至1998年12月在内蒙古塞北星啤酒有限责任公司工作．1999年1月至今在内蒙古农业大学食品科学与工程学院任教，主讲食品工程原理．食品机械与设备，包装机械与设备等课程．2000年9月-2002年7月内蒙古农业大学农业机械化专业硕士研究生，获工学硕士学位．2003年9月至2006年12月在内蒙古农业大学农业机械化专业攻读博士学位．博士研究生期间主要成果：(第一作者，核心期刊论文)l果蔬物料压缩流变特性研究分析．华北农学报，2004(12)：2果品静栽流变特性的研究进展．农业工程学报，2005(9)：78-81．3河套蜜瓜机械特性及其硬度和耱度关系的试验研究．枉扭rf匕研究．(录用，2007年，7)4河套蜜瓜静栽蠕变特性的试验研究．农业工程学报(录用)《课题基金资助)1．获内蒙古自然科学基金资助项el，基金项目号：2005080107122．获国家自然科学基金资助项目，基金项目号：30560040 内蒙古农业大学博士学位论文∞附录Il漉变特性分析的理论基础本幸主要介绍了流变学研究的粘弹性理论基础，包括物料的粘弹性模型表述．玻尔兹曼叠加原理等“。‘。w．1。1流变学研究的毫占弹性理论基础粘弹性理论研究粘弹性物料与结构在外力作用下随时问变化的应力．变形夏其变化规律．粘弹性理论是连续介质力学的基本内客，同时又是连续体力学的重要分支．因而，粘弹挂力学体现力学．现代敦学、物理、化学、材料科学和工程学科的相互渗透与交融。有新兴学科分支的特征．在一定的载荷作用下，弹性固体的应力或应变为一个定值，不随时间而变化．对于理想粘性物料，其变形删以等应变率随时间商增加．粘弹性物料受一定应力作用时会或多或少地持续产生变形，在一定的应变条件下应力幅值持随时闻而有所残少．物质拈弹性的宏巩表象描速着重于物质的力学行为与时闻，加我速率争温度的相关性．粘弹性固体准静态变形过程呈现的主要力学行为是；蠕爱、应力松弛，瞬时弹性．带弹性回复和永久变形．研究固体物料的粘弹性通常采用连续性．均匀性等基本饭设，多限于小变形的情形．—般认为物科处于自然状态，即在外界因素作用之前没有初应力和变形．由于通常从时间为零起考虑粘弹体受外部作用，因而常把t=旷的应力：和应变均认作为零．此外，在本构关系研究中一般未考虑物料老化的因素和影响．"．1．1物料轱弹性的模型表述粘弹性物料可分为线性和非线性两类．若物料的力擘性能表现为线弹性和理想粘性的组合，刖为线性拈弹性耪料．线性粘弹性物料在不同时刻的应力与应变或力与变形虽然各不相同，但在任一时霸j其庄力与应变或力与变形均呈线性关系．但许多物料往往呈现非线性的粘弹性力擘行为．非线性粘弹性本构理论研究有各种不同的途径和方法．理论方法采用公理化体系建立物质的数学模型，表述一般简单材料的非线性本构关系，但理论方法曲须争试验相结合．经验的方法根据暮一材特在使用特剔是试验中澍碍的莱些描述非线性粘弹性行为的敦据，直接表示应力、应变和时间关系式，如早期的一些幂律关系以及采用线性本构形式推广的某些本构表达．线粘弹性物科的应力一应变一时间关系或力一变形一时问关系主要有微分型和积分型两类．截分型本构关系在求解莱些问题时比较方便，这种应力应麦或力麦形关幕的教学表述与力学模型相联系．1．，．"。1基本元件物质的践粘弹性质介干线弹性和理想粘挂之同‘因而可以用模型来表示和描速．这垂力雩模型由爵散的弹性元件和粘性元件，即弹簧和阻尼嚣以不同的方天组合而点．弹性元件用弹簧表示，曩从胡克定律： 1∞河套蜜瓜流变学特性及储运损伤控制的研究a=E毫I-If研卜2或，=“D卜3式中0、T．6，Y．，和口分剐为正应力，剪应力，正应变．剪应变，力与变形，式中E．G和p分别为拉压弹性模量．剪切弹性模量和刚性系数，均为常数．弹簧的这种应力应变或力与变形的比例关系不随时间而发生变化，呈现瞬时弹性变形和瞬时回复．粘性元件即阻尼器，也称粘壹，服从牛顿粘性定律：t=q嘻l一4o=哺卜5或，=TlD卜6式中n。．n均为粘性系数．阻尼器的流变特性可用恒应力(或恒力)和恒应变f或恒定变形)作用下的准静态响应来说明．所谓准静态指突然施加于物体的栽荷速率而不激起动力响应．在突加后保持恒定的应力d=瓯日(f)或恒力F=，：日(r)作用下，应变或变形响应分别为e：函三或D：F。三，其中∥(f)为Heaviside函数，又称单位阶跃函数，定叉为：TlqⅣ0)={：篙．弹性和粘性两基本元件可组成不同的粘弹性材料模型．最简单的两基本模型是弹簧和粘壶串并联组成的Maxwell模型和l[elvin模型．I．I．I．2MaxweII模型Maxwell模型由弹性元件和粘性元件串联而成，设在应力o(，)或F(f)作用下，弹簧和阻尼器的应变分别为6n￡，，变形分别为历．历，假定模型的总应变为：EI￡l+5l1—7总变形为：乒／I+历卜8蠕变：在阶跃应力口·或阶跃力月作用下，Maxwell模型总应变或变形为弹簧应变(变形)争阻尼器应变(变形)之和，由公式I-I和I-3可知：亡(f)=詈+竺fl一9B11或：鳓；鲁4，l—10Etl许f>o时的6：o代入匕速微分方程后积分，得B(，)：竺f+c，钟)：墨H，c。式中 内蒙古农业大学博士学位论文lolc为积分常数，由t．o．瞬时弹性的初始务件eCoD：鲁，謇得c：鲁．于是在突加恒应力或B廿恒力的作用下，Ihxwell模型的应变一时间或变形一时问关系为：盼詈+詈rHt或：聊，=鲁+鲁，H：式1-12说明了MaxwelI体在瞬时弹性变形后。应变(或变形)随时间呈线性增加，在一定的应力(或裁荷．)作用下，材抖可以产生渐进且不断增加的变形，这是流体的特征．若在t=tt时刻卸除外力，刖原有口·作用下的稳态流动终止，弹性变形部分立即消失，即瞬时弹性回复为·詈，余留在材料中的永久变形为璺l!出．n1．1．1．3Knlvin壤銎Kelvin模型是由弹簧和阻尼器并联而成，两个元件的应变(或变形)都等于模型的总应变(或变形)·而模型的总应力(或总力)为两元件应力或力辑·即o；ol+02或F=E+易．考虑式1-1，1-3和式卜5，1-6，得Kelvin模型的本构方程：o=既+哐’卜13墙变：在恒定应力o．(或恒力片)作用下，由微分方程2-13得：e(，)=c再+墅卜14占式中乙=三．蠕变的初始条件为卢o，￡(o)=o-理由是，如果￡(o+)为莱一定值，lj由于e(o．)=O，而在f=O时刻有e—"∞，这是式1-13所不能允许的，因而应有￡(O+)=0t，或D(0+)=0，并求得积分常数c=一詈或c=一鲁。于是Kelvin模型的表达式为：e(f)：一粤(1一c一)卜15或：删=一鲁(1一i)Ht可见，应变(或变形)随时闻增长而增加，当，啼∞时，e_,曼E或D哼墨E，像一种弹性固体．因此，有时将Kelvin模型称为Kelvin固体．但是Kelvin固体没有瞬时弹性，而是按照e(r)：竺e云--t轰蛳：墨e虿--t的变化牵发生形变，应变(或变形)随时同逆渐趋于渐近值 102河套蜜瓜流变学特性及储运损伤控制的研究詈f或鲁)．初始的譬变率为e(r)=詈，如果接此应交率发生形变，当f=乙=兰时，应变即到达詈，变形到达鲁．因此-通常称％=旦E为[etvin体的延迟时间·丘占回复：当t=t-时，有eo)：一要(1一茹)占若在t=t，时刻卸除应力或栽荷。应变或变形自式卜17数值开始回复．可得到描述Kelvin模型回复过程的方程为：j’￡+n亡=0，它的解是：二￡e(r)：cleht>tI1-17当t>tl时，由式1-131-18考虑回复初始条件式卜17，利用t=h时的应变连续条件，有qel"：一鲁(1--e露)由此求出岛再回代1-18，便得到回复过程的应变一时间关系或变形一时闻关系：哪)：要(e右一1)eil-19F上三或D(O=皂(e‰一1)ck卜20显然，当t—"oo时有￡寸0，体现出弹性固体的特征，但这是一种滞弹性回复．实际上，式卜19和式卜20表述在应力o(t)=ooH(t)-ooH(t·t1)作用下的应变，或栽荷，(t)=EH(t)-焉H(t一‘)作用下的变形，可以由不同时刻开始的两个蠕变过程叠加而得．值得注意的是，上述分析申虽然t>t。时应力或栽荷为零，但材料中的应变或变形不为零，它与时间有关而日依赖于加戴历程。这说明粘弹性材料是有记忆的．1．1．2玻尔兹曼叠加原理若干个应力下的总应变等于这些应力分别作用时所产生的应变之和．其数学表迭为：rt、叫∑q(t—ti)}=￡．{q(t—t。)}+i{02(t—t2)}+：．∥{q(t—t。)}l一2lL，llJ式中，c为总变形；q表示ti时刻作用于物体的第i个应力；一”为q作用所产生的应变．因而可推得C个应力qt)作用下的应变响应：￡{cqt)}=c￡{呻)}卜22同理，多个应变作用下的总应力响应也可由线性叠加原理得出．总而言之，在线粘弹性问题中，多个起因的总效应等于各个起目的效应之和． 内蒙古农业大学博士学位论文1031．1．3对匝璩理三雏线性粘弹性理论的基本方程组中，三个平衡方程，六个几何方程，以反应力和位移的边界条件弹性理论中相同．椎据实验结果，对于各向同性粘弹性材料，应麦球张量只与应力球张量有关，应变偏量只与应力偏量有关．因此以积分形式用松弛模量表示的三堆本构关系为r柞3脚一r)昙e(rm{吒缸卜；口{e)=；ea缸一r)×蚤[‘(r)一；t扛乎r1-23Lr9(c)=r瓯一r)熹％(fk对式(23)作关于时间t的拉普拉斯变换后。得到：f夏s)=3s乏pF-){矾)毛碓)=磷)×陆)了I-(羽卜盟L；p∽=商s扩，(s)将式(24)中的s牙(s)s孕(s)置换为x．G后所得的方程和用体积弹性模量I和切变模量G表示的线弹性方程完全相同．因此，可以在求解莱一粘弹性问题时，先找出相应的弹性问题的解，经拉普拉新变换求出弹性问题在象平面上的解．将其中所舍的弹桂常数I．G替换后得到粘弹性问题在象平面上的解．最后再经拉普拉斯逆变换，得到所要求的粘弹性问题的解．这种粘弹性问题在象平面上的解．最后再经拉普拉斯逆变换，得到所要求的粘弹性问题的解．这种粘弹性问题和弹性／-I题的对应关系，称为对应原理。 !竺塑至里坚鎏窭兰塑堡垦堕垩塑笪丝塑塑堡塞附录Ⅱ附囊I在"3℃和30C条件下水平压缩时样品的生物压服极限和变彩能Attachedtable1．ValuesofyieldforceandyieIdenergyofthesamples∞apressedinverticsldirectionst13℃和∞℃温度硬度，℃×lO’▲生物屈服极限毋，N变形能啦口压缚速率／h，Ii丑’压缩速率／--／Lin∞3040∞30406011．6139．56．7464．3520．0525．4姬2．43佰．4392．3400．0300．OT1．T93．6142．2155．25．347．547．∞5．914．364．453．t33．530．921．232-221．∞11．8∞8．a200．8288．7254．3l茁．51．882．∞1．901。船坞1．6210．52∞．5镐．51．061．803．墙1．105．5∞．687．8120．o他3O．981．2i1．20O．62疆度硬度℃×10"a附裹1在13℃和30℃条件下垂直压缩时样品的生物屈服极限和变形赡(续)Attachedtable1．VaicesofyieIdforceandyieIdenerlEyofthe·_口leacolprassedinherizontaldirecti∞at13℃和30℃生物屈服极限jyⅣ变形能E酗口压婿速率／h／Iin压缗速率／I-A虹20∞50∞∞40的 内蒙古农业大学博士学位论文105附囊2在131C和∞℃条件下垂I压缩和水平压缩时样品的插氏槿■∥●nAttad"．dtable毛hleasofYoung’●IIotltrlU●ofthemeleecomressedbothtnvertj∞IendInhvizontaldirectionit13℃和∞℃温度硬度垂赢压缩速率／-√Iin．水平压缩／n／lIin，℃X10"a2030405020504050附裹3在131C和∞℃条件下不同部位压缩时样品的破坏极限局／∥AttachedtabIe3．VaItie●ofbreakforceofthelampI·0compressedinhotizoqttaIdirectionat13℃和∞℃温度硬度垂直压缩速率／-I，-血水平压绮／h，Iin，℃×10"a2030405020∞405011．6139．5571．9551．0661．0Tlo．3561．0479．5561．5豇1．5527．5560．0∞3．5T11．5567．5553．5640．g657．06．7船1．55∞．0479．0440．9426．0瓢．0490．5舛2．T11．8677．8船5．04髓．0鹋5．9530．05∞．O634．2464．5308．35．5“7．5∞6．4674。T∞3．0341．0420．64∞．0501．0120．02∞．6220．0154．0203．0241．0213．011；2．0 l∞河套蜜瓜漉变学特性及储运损伤控制的研究温度硬度／℃Xlo"·耐寰4在"3℃和∞℃鲁件下不同部位压缩时#晶的硅坏佳∞，．，Attachedt4ble3．VsluesofbreakenerEyofthesamles∞-r···一inhorizontsldlrectionst13℃翔∞℃垂童压缩逝率向-／lin水平压缩／n，Iin20∞405020∞50 内蒙古农业大学博士学位论文107附图"∞℃时样品的刚性系数Ⅳh粘性系数q。和廷迟时问，：咐田2不Sl水平压缠速率时河套宴双镌屈服极限Fy分布规律雕田3不同压缩速率时河套蜜瓜的变形能竹分布规律附圈4不同薯度河蠢童瓜在不同水平压缩速率雕圈5不同丑度河蠢譬瓜在不舟水平压缩连时鹩磕坏撮最Fb分布麓律搴时的硅坏麓Fb分布鬟霉 附田8不同压缩速率时河套蜜瓜的杨氏模量E分布规律t：．，}l，，l；{：：i茹；赢I二一，{l{L=：!三坠坚型!：!。厂I。r一．tj；l／’；；I，ll!f-。Ilf’{t{，·～tl’诗-一．i．：o。。。。l_。。■-l■U■_一u■∞埘棚m—m_u_tstb-_mH,amm附图7在不同载荷下同一噩度相同硬度河套蜜瓜的蠕变曲线比较．．．，．一÷-"--⋯1}．，r‘l=器=l；l一"ⅢJ_r一∥，，{／，。。；ll、．t／l、{＼==∑、．．：I。竺竺【一I[型竺型上一÷．一’1“5ili／’lI，／，ril，，jIl缮一一—i—r一：{：!l{：l、。!il。、．11}：；氏＼}jK，上，、■。C衢℃—2辨备髓时的蠕变特性曲线d∞℃—22卜各硬度时的蠕变特性曲线 内●古农业大学博士学位论文109e5：℃-451q-备硬度时的蠕变特性曲线J—。一_叶。“网／■，：il一●●LH^r}，l—一!．1l∥’⋯?。。一一’’liI，|k．一ll；≮：、L’’’“．：：：：警¨-一-m一■_■■-worn●_m¨I{{lf。f{‘}I}ll一√—一}i，‘i1J，r’j‘：i．1·”叫l!f，，一：!I1=：：：=fr{■’L一．1I：{，／J．1l：Il!-}，，II{l‘-{{，lf—o—”’J‘J，jh}}I?’il；l；l＼{iPf}{j’＼、一{i{}I{{，，1k1f、．．；『I}i{}iK一～·-☆_·舢-Ⅵ_一_品．，0f13"C一45N-各硬度时的蠕变特性曲线g巧℃一45H一善硬度时的蠕变特性h30℃喘鲁硬度时的蠕变特性蓝线耐圈8河藿蜜瓜样晶的譬变，量住试验曲线，，，，．．‘，乞一一一一’_『I：挫型旷■纩i}ll；：{l7t、．～一一l，，互-f!蚕。：!’j、i；!ji：越i了⋯]。丌]～-～山-_-·州---：．∞：·5℃{．8Xl们P|硬度样晶的蠕壹曲缱b13℃吨7×lO’t硬度样晶的■麦曲线能■9在不一曩霄下一一量度帽一髓并謇童瓜的■童曲线比较