[发明专利]一种蛋壳材料参数无损测试装置的测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及蛋壳材料参数无损测试装置及测试方法，属于机械设计领域。

背景技术

弹性模量与泊松比是衡量材料力学性能的基本物理参数，是开展蛋壳强度与稳定性分析、保证蛋体安全运输的前提。现有测试大多数针对金属材料与复合材料，将其制成哑铃形试样，再通过拉力试验机对其进行力学参数测量。而蛋壳作为一个完整的生物体，无法将其制成哑铃形试样，因此无法使用常规方法对其进行弹性模量和泊松比的测量。

美国农业与生物工程学会在2009年标准《Compression Test of Food Materials of Convex Shape》中，对蛋壳采取平行板压缩方式，测量其最大受力与最大形变量，进而计算得出其表观弹性模量。但该方法没有考虑蛋壳实际厚度，由于同一蛋壳厚度分布不均匀、不同蛋壳形状差异较大，将会导致ASAE公式输入参数不准确，且泊松比是人为假定的，不能通过实验测量得出，因此经过实验测量得出的蛋壳表观弹性模量往往与真实值相差较大。

J.R.Manceau等1970年在ASAE中发表的《Physical Properties of Eggshell》一文中将蛋壳切成环状，继而对竖直放置的环状蛋壳进行压缩，再根据公式计算得出其弹性模量与泊松比。虽然测试出蛋壳弹性模量和泊松比，在一定程度克服了ASAE规范所得造成的缺陷，但是，在试验的过程中，往往会对蛋壳造成损害，无法确保蛋壳在完整的情况下进行力学参数测量，会影响到蛋壳后续力学试验的实施；此外，蛋壳切割会造成环状试样局部损坏，导致测量结果误差较大。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种蛋壳材料参数无损测试装置及测试方法，只是对蛋壳赤道部位上一点进行弹性模量与泊松比的测量，消除了厚度不均匀所带来的影响，得到的测量值更加精确，提高了弹性模量和泊松比与真实值之间的准确性。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种蛋壳材料参数无损测试装置，所述蛋壳包含大端和小端，所述蛋壳的小端上安装有上平板，大端的下方安装有下平板，在蛋壳的赤道上沿着经向与纬向交替均匀设有至少两个应变片，每个应变片分别与信号采集系统连接。

在本发明中，大端指长轴的顶点离蛋壳赤道距离近的那一端，小端为指长轴的顶点离蛋壳赤道距离远的一端。

一种如上述的蛋壳材料参数无损测试装置的测试方法，包括以下步骤：

(1)通过投影法或3D扫描仪获取蛋壳轮廓线；

(2)获取蛋壳轮廓线赤道处的第一曲率半径R₁和第二曲率半径R₂，并测量蛋壳轮廓线赤道处的平均厚度；

(3)在蛋壳赤道上沿着经向与纬向交替均匀布置至少两个应变片，并将每个应变片分别连接信号采集系统；

(4)保持蛋壳小端在上，沿长轴方向对蛋壳施加集中力F，F_max的值应小于蛋壳破坏力的1/3，并获取集中力F、经向应变、纬向应变关于时间的变化曲线；

(5)通过变化曲线获取最大集中力F_max及经向应变纬向应变ε_θ；

(6)计算经向应力纬向应力σ_θ，平均纬向应变和平均经向应变其中：n为纬向应变片的个数，m为经向应变片的个数，ε_2i为纬向应变片的读数，ε_3j为经向应变片的读数；

(7)根据以下公式：求出泊松比μ和弹性模量E，即：

作为优选，所述步骤(2)中第一曲率半径R₁和第二曲率半径R₂通过AUTOCAD 做图测蛋壳轮廓线获得。

作为优选，所述步骤(2)中蛋壳轮廓线赤道处的平均厚度采用下列方法测得：在蛋壳轮廓线赤道处通过无损测厚仪测量至少3个均匀分布点的厚度，然后取厚度的平均值。

在本发明中，蛋壳的形状为回转薄壳，在回转薄壳任一点都具有第一曲率半径和第二曲率半径，在赤道上，第一曲率半径和第二曲率半径为别为R₁、R₂。沿回转轴方向为经度，沿赤道方向为纬向。赤道为曲率半径R₂半径值最大值所对应的圆面与蛋壳轮廓的交线。

有益效果：本发明的蛋壳材料参数无损测试装置的测试方法，具有以下优点：

(1)只是对蛋壳赤道部位上一点进行弹性模量与泊松比的测量，消除了厚度不均匀所带来的影响，得到的测量值更加精确，提高了弹性模量和泊松比与真实值之间的准确性。