Краткие теоретические сведения. Лабораторная работа № 4

Лабораторная работа № 4

Прочностные и компрессионные свойства твердых пищевых продуктов

Цель работы: Изучить методику расчета сжимающего напряжения.

Изучить особенности прочностных и компрессионных свойств твердых пищевых продуктов.

Краткие теоретические сведения

Прочностью называют сопротивление тела действию внешних сил которые приводят тела к течению или разрушению. У гуковских тел скорость деформации не влияет на предел прочности, так что различий в статической и динамической прочности не существует.

У негуковских тел (к которым принадлежат, почти все твердые пищевые продукты), которые обладают как упругими, так и пластичными и вязкими свойствами, прочностью обладают тела при статическом или квазистатическом нагружении, при котором вязкоупругие напряжения полностью релаксируют. Разрушение наступает только после повышения предела текучести и развития пластичной деформации. Максимальной прочности негуковские тела достигают при крайне высокой скорости нагружения. В этом случае вязкоупругие напряжения практически не релаксируют, предел прочности наступает непосредственно за пределом текучести, пластичная деформация отсутствует, поэтому наблюдается хрупкий излом. На практике нагружение проводят при скорости деформации, которая лежит между граничными условиями, так что соответствующая динамическая прочность достигается при скорости выше минимального и ниже максимального значения.

Твердость — это комплексное свойство негуковских тел оказывать сопротивление проникновению другого тела вследствие необратимых «упругой и вязкой» деформаций. При негомогенном структурном строении тел микротвердость в различных точках неодинакова. Вследствие этого прямой зависимости между твердостью и прочностью не существует.

Твердость нельзя выразить как физическую величину с однозначной размерностью. Она является некоторым техническим параметром, который выражается в относительных величинах в зависимости от метода определения.

Простейшим видом нагружения для анализа реологического поведения твердых пищевых продуктов является сжатие плоскопараллельными пластинами на универсальных измерительных приборах типа «Инстрон», «Цвик», «Кегель» или пенетрометрах. Схема нагружения представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема нагружения исследуемого образца

Исследуемый образец кольцевого или призматического поперечного сечения с первоначальной площадью А₀ и первоначальной высотой h нагружают с постоянной скоростью V возникающую при этом силу сжатия измеряют как функцию высоты пробы f(h) . Для определения реологических констант необходимо рассчитать напряжение деформации возникающее при сжатии образца. У хрупких материалов до разрушения наблюдаются большие деформации, которые предшествуют разрушению и ведут существенному изменению величин А₀ и h₀.

Обозначим высоту образца, уменьшающуюся при сжатии как функцию времени. Возрастающая при этом площадь поперечного сечения А. Сжимающая сила, которая измеряется прибором, является функцией относительного сжатия К и растет при увеличении деформации.

- относительное сжатие , (1)

При постоянной скорости нагружения высота образца будет изменяется по следующей зависимости:

, (2)

Деформация образца в направлении действия силы определяется по следующей формуле:

, (3)

А скорость деформации по:

, (4)

Разделив числитель и знаменатель выражения (2.4) на h₀ получим:

, (5)

где - это начальная скорость деформации.

.

Соотношение изменения поперечного сечения образца составляют:

, (6)

Коэффициенты и является константами материала и должны быть экспериментально для несжимаемых материалов =1, для сжимающего напряжения справедлива зависимость:

, (7)

, (8)

Реологические пара материала получают преобразуя измеряемую прибором сжимающую силу по уравнению (6), (7) и (8) при этом учитывают, что большинство твердых пищевых продуктов обладают сложным вязкоупругим или упруго-пластичными свойствами, по этому у них наблюдается не линейная зависимость между напряжением и деформации.

Поиск по сайту: