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豌豆子粒的力学性能试验分析-农学论文 豌豆子粒的力学性能试验分析 代治国１，雷昌浩１，刘开生１，陈 崇１，张锋伟２ （１．重庆市经贸中等专业学校，重庆 ４０２１６０；２．甘肃农业大学工学院，兰州 ７３００７０） 摘要：利用材料力学万能试验机进行了豌豆（Ｐｉｓｕｍ ｓａｔｉｖｕｍ Ｌ．）压缩、剪切力学性能试验，并采用针尖压入法对豌豆子粒进行硬度试验分析。结果表明，破碎负载、弹性模量、剪切力、剪切强度随着含水率的增加均有明显下降；在相同含水率下，破碎负载、弹性模量、剪切力、剪切强度在平放时最大，侧放时次之，立放时最小；硬度与含水率呈显著性负相关，而与压痕深度相关性不明显。 关键词 ：豌豆（Ｐｉｓｕｍ ｓａｔｉｖｕｍ Ｌ．）子粒；力学性能；硬度 中图分类号：Ｓ５２９ 文献标识码：A 文章编号：0439－８114（２０15）02－0461-04 DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.02.053 豌豆（Ｐｉｓｕｍ ｓａｔｉｖｕｍ Ｌ．）又名毕豆、国豆、荷兰豆、回回豆等，其性味甘平，具有和中下气、利小便、解疮毒等功效［１］，豌豆可制成糕点、豆馅、粉丝、粉皮、凉粉、淀粉等。豌豆子粒在收获、运输、干燥、贮藏过程中，易受到相关机具工作部件的碰撞、摩擦与挤压，造成豌豆子粒的损伤、破碎，从而影响豌豆的品质、利用率、经济价值和种子发芽率。而在豌豆子粒粉碎加工过程中，一般需要用机械的方法将豌豆子粒破碎、脱皮和脱胚，因此，对豌豆的力学特性进行研究具有重要的意义。国内外学者对小麦（Ｔｒｉｔｉｃｕｍ ａｅｓｔｉｖｕｍ Ｌｉｎｎ．）、莲子（Ｓｅｍｅｎ ｎｅｌｕｍｂｉｎｉｓ）、玉米（Ｚｅａ ｍａｙｓ）、花生（Ａｒａｃｈｉｓ ｈｙｐｏｇａｅａ Ｌｉｎｎ．）、杏核（Ａｒｍｅｎｉａｃａ）、大豆（Ｇｌｙｃｉｎｅ ｍａｘ）等农作物的力学特性进行了大量的研究［２－１２］，但未见对豌豆子粒进行挤压、剪切、硬度的力学特性研究的报道。本研究选择豌豆作为试验材料，通过豌豆在不同含水率下对其进行挤压、剪切、硬度试验，分析了其力学特性，为豌豆收获、储运及加工相关环节农产品作业机械的设计、加工工艺提供理论依据。 １ 材料与方法 １．１ 材料 本试验选取豌豆品种为陇南１号，由甘肃省农业科学院提供。豌豆子粒饱满、无损伤、无虫害。浅绿色，圆形，颗粒直径大概６ ｍｍ，子粒千粒重２３４ ｇ，选取含水率分别为１０．３％、１４．３％、１６．３％、１８．３％的豌豆子粒为研究对象。 试验仪器为深圳ＳＡＮＳ公司制造的ＣＭＴ２５０２型微机控制电子万能试验机。试验过程中可实时动态显示挤压力、位移、变形、加载速度及试验曲线，具有曲线高级分析功能，能自动计算弹性模量、屈服强度、破碎负载、最大变形等参数，最大试验力为５００ Ｎ，力分辨率为０．０１ Ｎ，位移分辨率为０．００１ ｍｍ。 １．２ 方法 １．２．１ 豌豆子粒的压缩性能试验 分别对不同含水率下的豌豆子粒采用平放、侧放、立放３种不同放置方式（图１）。试验所采用的加载压头为平板压头，加载速率为３ ｍｍ／ｍｉｎ，同一试验重复２０次。 １．２．２ 豌豆子粒的剪切性能试验 分别对不同含水率下的豌豆子粒采用平放、侧放、立放３种不同放置方式进行剪切试验（图２）。试验所采用的刀具为上海吉列公司制造的飞鹰牌单面保安刀片，加载速率为３ ｍｍ／ｍｉｎ，同一试验重复２０次，分别测得剪切时豌豆的极限剪切力和剪切强度，并取其平均值。 １．２．３ 豌豆子粒的硬度特性试验 将豌豆子粒用粗糙度为２４０的砂纸磨平，露出相应的待测部位，形成待测面。将豌豆子粒的另一侧也磨平，形成底座面。打磨时，豌豆子粒的待测面和底面都不要与豌豆两瓣子叶之间的结合面垂直，以避免针尖扎到结合缝上，造成误差。选用直径为１．４０ ｍｍ，长度为８０ ｍｍ，针尖锥度为１８．６°的大号钢针，垂直夹持到试验机活动横梁端，并将钢针上端顶死，以确保钢针受压时，不产生纵向位移。将制作好的试样稳稳地放在试验机压缩平台上，将针尖对准待测面，进行压入试验。钢针插入深度定为０．５ ｍｍ，加载速度定为３ ｍｍ／ｍｉｎ，试样标距Ｌ０为１００ ｍｍ，试样直径Ｄ０为１０ ｍｍ。 ２ 结果与分析 ２．１ 豌豆子粒的压缩性能试验结果 １）豌豆子粒压缩性能试验结果见表１，不同含水率和放置方式下的豌豆破碎负载及其变化规律如图３所示。在选取试验因素水平范围内，同一受力方向下的破碎负载随含水率提高而减小，含水率为１８．３％时破碎负载最小，含水率为１０．３％时破碎负载最大。在同一含水率下，平放时破碎负载最大，侧放时次之，立放时最小。 通过Ｍａｔｌａｂ软件分别拟合出平放、侧